Dossier de sélection pour le concours externe

d’ingénieurs-élèves des Mines - Session 2023

candidat

ALECIAN Marc

Le présent dossier synthétise quelques uns des travaux réalisés pendant ma scolarité en

tant qu’élève de l’École Normale Supérieure Paris-Saclay, au sein du département de Gé-

nie Civil et Environnemental. Il est organisé par ordre chronologique et contient ainsi des

travaux produits entre septembre 2018 et septembre 2021.

J’ai pensé mon parcours pour comprendre les modiﬁcations nécessaires pour mener à bien

le développement économique et soutenable de mon pays. Les secteurs sur lesquels je me

suis concentré sont ceux de la construction, de l’énergie, des transports et des méthodes

numériques appliquées à ces domaines.

Ce dossier vise donc à retracer le cheminement de ma pensée, d’abord concentrée sur le

Génie Civil puis s’élargissant aux problématiques d’énergie, de transports et de méthodes

numériques. Il est organisé en chapitres, chacun correspondant à un travail (mémoire, ar-

ticle ou synthèse), et au début duquel ﬁgure un court résumé du travail et de ses objectifs.

Soutenance à l’École des Mines ParisTech le Jeudi 11 mai 2023

MINES ParisTech - 60 boulevard Saint-Michel, 75272 Paris cedex 06

Table des matières

Table des matières i

1 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900 1

2 Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents ser-

vices de l’État en Eure-et-Loir 37

3 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments

de gare 83

4 Modélisation de ﬂux piétons en gare 93

5 Étude sur le vélo dans le Grand Paris : Quelles adaptations face à l’évolution

des pratiques de déplacement en Île-de-France? 125

6 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France 131

7 La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par

l’intromission des expertises 159

8 Calcul des facteurs de forme entre polygones - Applications à la thermique

urbaine et aux études de confort 197

ii Table des matières

Invasion des plantes dans le bâtiment

depuis 1900

Dans le cadre de ma première année au sein du département de sciences de l’ingénieur de

l’ENS Paris-Saclay j’ai eu, sur un thème imposé, à réaliser un état de l’art, un mémoire et

à présenter une courte leçon. Cette ressource présente quelques points historiques de ce

dernier siècle de l’inspiration du monde végétal dans l’ornementation architecturale puis

s’attarde sur l’inﬂuence des plantes dans un contexte de développement soutenable, avec

un point particulier sur les toitures végétales, enﬁn les trois niveaux du biomimétisme sont

présentés.

Finalement, ce travail a bénéﬁcié d’une publication sur le site des ressources

en sciences et techniques industrielles du Ministère de l’Éducation Nationale,

https://eduscol.education.fr/sti/si-ens-paris-saclay/

Sommaire

1 Une histoire bien enracinée! ........................ 2

2 Plantes et Bâtiment : architecture ..................... 4

3 Plantes et Conception : énergie ....................... 10

4 Plantes et Biomimétisme : structure .................... 26

5 Conclusion - Ouverture ........................... 33

6 Table des symboles .............................. 34

7 Sources .................................... 34

2 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

1 Une histoire bien enracinée!

Le musée du quai Branly - Jacques Chirac, les cathédrales, le Castel Béranger à Paris,

la gare de Rennes ... Tous ces édiﬁces, qu’ils soient séparés de plusieurs siècles, gothiques

ou contemporains, en acier ou en béton ont tous un point commun. En effet, dans tous ces

bâtiments les plantes ont laissé leur trace via des rosaces, un mur végétalisé, un bow-

window art Nouveau ou encore des poteaux bio-mimétiques.

Le but de cette leçon n’est pas de dresser une liste exhaustive ou bien un catalogue des

différents courants architecturaux qui ont puisé leur inspiration dans le monde végétal.

Nous essayerons plutôt d’observer avec un regard critique comment sur le dernier siècle

les plantes se sont littéralement, petit à petit, enracinées dans les édiﬁces pour les mar-

quer durablement de différentes manières. En réalité, l’usage des plantes en architecture

est souvent révélateur de tout un état d’esprit d’une époque.

A la ﬁn du XIXeme siècle lorsque Eugène Viollet-le-Duc étudie la manière à laquelle les

artisans gothiques s’inspiraient du monde vivant, il cherche avant tout à déﬁnir une mé-

thode scientiﬁque pour la rénovation des édiﬁces semblable à l’organicisme. Les grands

architectes du courant qui s’appellera l’Art Nouveau vont eux reprendre ce travail dans

le but de déﬁnir une toute nouvelle esthétique de bâtiment, abondante et inégalée. Les

plantes, en façades ou en intérieur, ne sont alors qu’apposées sur les bâtiments.

A la ﬁn du XXeme siècle, lorsque l’on commence à comprendre l’inﬂuence de l’activité

humaine sur le dérèglement climatique et la dégradation de l’environnement, les plantes

vont être employées pour tenter de diminuer cet impact. Que ce soit dans les bétons bio-

sourcés ou bien sur les surfaces végétalisées, le nouveau but est de concilier plantes et

optimisation énergétique. Les plantes commencent alors à vraiment prendre racines litté-

ralement dans nos bâtiments.

Aujourd’hui, le temps est à la quête du paradis urbain. Encore une fois les plantes s’im-

posent d’elles mêmes comme source intarissable d’inspiration. On imagine par exemple

des structures bio-mimétiques et lorsque certains parlent de Smart City, d’autres préfèrent

envisager une Vegetal City où les plantes deviennent alors une struture à part entière...

Une histoire bien enracinée! 3

FIGURE 1.1 – À Meghalaya, dans le East Khasi Hills, un groupe d’enfants traverse un

pont racine vivant. Crédits : Giulio Di Sturco

4 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

2 Plantes et Bâtiment : architecture

2.1 Eugène Viollet-le-Duc; penser la modernité

FIGURE 1.2 – Eugène

Viollet-le-Duc

Eugène Emmanuel Viollet-le-Duc ( 1814-1879) est un auteur

prolixe, restaurateur infatiguable et théoricien passionné de l’ar-

chitecture. Il est souvent vu comme un des plus grands archéo-

logue français de l’ architecture médiévale ainsi qu’un fameux

théoricien des antécédents de la modernité. Il inspira Guimard,

Horta, Sullivan ou encore Frank Lloyd Wright. Nous nous inté-

resserons dans la suite au personnage de théoricien qu’il a été.

Nous verrons que son travail et sa pensée ont sensiblement ré-

sumé tout un siècle et inspiré tout une génération d’architecte.

En tant qu’archéologue et théoricien, la philosophie de

Viollet-le-Duc est celle de l’organicisme 1. Viollet-le-Duc s’est

effectivement formé une méthodologie en archéologie en empruntant aux sciences na-

turelles. Ainsi il fait un parallèle entre paléontologue et archéologue. Tout comme le

paléontologue reconstitue un animal pré-historique, un archéologue restaure un édiﬁce.

Avec sa méthodologie, Viollet-le-Duc se donne pour mission de redonner une cohérence

historique, formelle et structurelle à un édiﬁce. Pour cela, il faut comprendre la logique

interne de l’objet.

Georges Cuvier ( 1763-1832), célèbre anatomiste français, suggère un principe de "cor-

rélation d’organes" et de "subordination des caractères" au sein même de l’organisme.

Viollet-le-Duc voit dans l’édiﬁce gothique le même principe. Il y a une logique absolue,

la forme de chaque élément découle de sa place dans la structure. Cette forme ne peut être

autrement car elle est l’expression exacte de sa fonction. L’architecte français va alors

transposer ces lois à l’architecture de son temps. Il va imaginer l’architecture comme

une démonstration; la volumétrie, l’alternance des vides et des pleins, le jeu d’ombres

et de lumières ... tout cela découle d’une logique constructive et l’exprime. On "lit" un

bâtiment.

Pour ce qui est du décor, Viollet-le-Duc s’inspire encore une fois des artistes gothiques.

Effectivement, ceux-ci s’inspirent de la ﬂore. Ils mènent un remarquable travail d’obser-

vation à l’image des scientiﬁques et cherchent surtout à comprendre les principes qui

1. L’imaginaire scientiﬁque de Viollet-le-Duc, Laurent Bauridon, L’Harmattan

Plantes et Bâtiment : architecture 5

régissent la vie des plantes. Les formes naturelles sont belles car elles sont logiquement

déduites de leur fonction. En architecture, la forme d’une pièce et déduites de sa place

dans l’édiﬁce. Hector Guimard, chez qui l’élément décoratif d’origine végétal se confond

avec le structurel est tout à fait représentatif de cette inﬂuence de l’analyse de la ﬂore sur

l’architecture.

2.2 Hector-Guimard; réinventer la fonte

FIGURE 1.3 – Hector

Guimard

L’architecte parisien Hector Guimard est né à Lyon en 1867.

Venu enfant à Paris, il suit les cours de l’École nationale des

Arts Décoratifs à partir de 1882, puis ceux de l’École des

Beaux-Arts à partir de 1885. Guimard réalisera dès ses pre-

mières oeuvres ce que Viollet-le-Duc n’a fait que penser ; l’uti-

lisation audacieuse du métal dans la construction. Cette audace

peut d’ailleurs très bien s’illustrer avec l’Ecole du Sacré-Coeur,

édiﬁée en 1895. On a présenté dans les 3 ﬁgures suivantes un

plan de façade de cette école, ainsi que 2 photos représentant

l’utilisation de la fonte pour les piliers en V ( idée évoquée par

Viollet-le-Duc). Ces piliers fonctionnent à la manière de pilo-

tis et ont permis d’introduire un préau dans un espace restreint. On peut aussi remarquer

qu’ils sont stylisés et annonce l’Art Nouveau à Paris. Guimard en sera l’un des premiers

représentants.

6 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

FIGURE 1.4 – Plan de la façade de l’Ecole du Sacré-Coeur

FIGURE 1.5 – Pilier style Art Nou-

veau

FIGURE 1.6 – L’idée novatrice; des piliers

en V

Par la suite, Guimard va tenter de développer sa propre architecture qui se résume dans

l’idée suivante; créer un environnement domestique et urbain entièrement soumis au "

style guimard". Le but étant, avec un décor abondant et homogène, d’immerger totale-

ment le spectateur dans un univers architectural où tous les éléments se répondent entre

eux. Les problèmes évidents soulevés par une telle entreprise sont le coût élevé, la dif-

ﬁculté de mise en oeuvre et la longueur d’un chantier. Pour remédier à cela Guimard

décide - toujours en utilisant la fonte comme matériau principal - par exemple de ne faire

d’abord que de la transformation de produits en fonte ﬁnis ou bien encore d’opter pour

un même motif sur différents supports. A l’époque, le travail de la fonte est bien connu,

Plantes et Bâtiment : architecture 7

si bien connu que la mode est à l’imitation du fer forgé. Guimard en partenariat avec la

fonderie Saint-Dizier notamment va petit à petit développer un incroyable catalogue de

fontes d’ornement moulées en série. Le processus est beaucoup moins cher, il permet de

s’affranchir du travail d’artisans spécialisés et il évite surtout d’altérer les dessins de Gui-

mard. Avec un catalogue de fonte si ﬂorissant, Guimard tente notamment à ce que ces

confrères architectes puissent aussi s’équiper des fontes "style Guimard" 2. La fonte d’or-

nement selon Guimard va donc hausser à un haut niveau artistique inégalé l’équipement

des bâtiments.

On a présenté dans les ﬁgures ci-dessous un corpus de fontes Guimard représentant

assez bien la diversité des mobiliers équipés.

FIGURE 1.7 – Porte du Cas-

tel Béranger FIGURE 1.8 – balcon

FIGURE 1.9 – Détail de la

marquise d’une station de métro

2. Les fontes d’ornement d’Hector Guimard : tentative de démocratisation par l’industrialisation d’une

esthétique personnelle, Frédéric Descouturelle

8 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

FIGURE 1.10 –

Cheminée

FIGURE 1.11 –

Console de Solive FIGURE 1.12 – Console de linteau

Plantes et Bâtiment : architecture 9

Bien entendu, l’édicule le plus représentatif du style Guimard se touve à Paris ...

FIGURE 1.13 – Dessin d’une station de Métropolitain - vue de face

FIGURE 1.14 – Dessin d’une station de Métropolitain - vue de trois quart

10 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

3 Plantes et Conception : énergie

Après avoir vu l’inﬂuence des plantes et de leur structure sur la manière de penser l’ar-

chitecture et sur l’architecture elle-même, et après avoir constaté leur "ﬁxation" sur les bâ-

timents, nous allons maintenant voir leur "entrée" dans les matériaux de constructuction.

Effectivement les plantes s’avèrent être un enjeu social, environnemental et économique

important lorsqu’il s’agit de penser à la construction via le prisme du développement du-

rable. La phrase suivante souligne par ailleurs l’urgence sous-jacente à l’implémentation

de nouvelles techniques de construction.

"Aucun des problèmes majeurs soulevés dans "Notre futur commun" ne connaît de

prévisions d’évolution favorables" 3.Notre futur commun est le texte qui a été émis suite à

la commision Bruntland de 1987. Ce texte déﬁnit notamment la notion de développement

durable.

3.1 Contexte historique et économique

Le secteur du bâtiment ( résidentiel et tertiaire ) doit faire face à d’importants enjeux

en terme de réduction des gazs à effet de serre -GES-. Par exemple en 2007, le parc

résidentiel et tertiaire rejeta 18% des emissions totales de GES au niveau français.

Ou encore en 2008, ce même parc consomma 43.4 % de l’énergie électrique ﬁnale 4-

énergie directement utilisable-. Il faut effectivement garde en tête que les activités liées au

bâtiment constituent la plus grosse consommation de ressources naturelles et contribuent

grandement à la production de déchets ( 343 millions de tonnes en France en 2004). Les

Objectifs du bâtiment sont multiples et peuvent se résumer dans les graphes suivants.

3. Programme des Nations Unies pour l’environnement [PNU 09]

4. Les bétons de Granulats d’origine végétale, Soﬁane Amziane et Laurent Arnaud, Hermes Science

Plantes et Conception : énergie 11

FIGURE 1.15 – Plan bâtiment du Grenelle de l’environnement concernant les consom-

mations énergétiques et les diminutions d’émissions de GES du secteur du bâtiment ( base

1990 ) a

aLes bétons de Granulats d’origine végétale, Soﬁane Amziane et Laurent Arnaud, Hermes

Science

12 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

Pour atteindre ces objectifs des normes et labels ont été créés. Une des normes des

plus connues est la norme HQE( Haute Qualité Environnementale ) qui a été créée par

l’association éponyme en 1996. L’association regoupe des professionnels du bâtiment, des

représentants des collectivités locales, des scientiﬁques, des associations de préservation

de l’environnement ou encore des organisations telles que l’Ademe ou le CSTB. La norme

est basée sur le volontariat et n’est donc pas une norme obligatoire. Elle se déﬁnie en 14

cibles qui sont toutes regroupées et détaillées dans le document en Annexe 1. Ces cibles

ont pour but de réduire la consommation de ressources naturelles et énergétiques en

améliorant les techniques de construction.

Depuis, d’autres labels ont vu le jour comme le label E+C- ( énergie positive réduction

carbone ) en 2016. Celui-ci vise à diminuer l’apport en énergie fossile et d’augmenter

l’apport en énergie renouvelable. Il concerne tous les types de bâtiment et lui non plus

n’est pas obligatoire.

Certaines villes ont par ailleurs leur législation propre et décident d’introduire le co-

efﬁcient de biotope. Ce coefﬁcient désigne la part d’une part parcelle aménagée ou à

aménager qui sera déﬁnitivement consacré à la nature. Cette pratique a déjà adoptée en

Europe du Nord et commence à être développée à Paris 5.

Une nouvelle fois les plantes vont inﬂuencer la conception des bâtiments, cette fois-ci

non pas sur son esthétique mais sur ses performances énergétiques.

3.2 Surfaces végétalisées

Les plantes respirent et transpirent, on le sait. Ces organismes constituent un atout

majeur pour un bâtiment lorsqu’il s’agit de résistance thermique ou encore d’isolation

acoustique. C’est donc naturellement qu’est venu l’idée d’en parer les bâtiments, aussi

bien les murs que les toitures. Nous nous concentrerons ici sur les toitures.

3.2.1 Différents types de végétalisation

On distingue trois types de végétalisation; extensive, semi-intensive, inensive. On a com-

paré les trois dans le tableau suivant.

5. voir Annexe 2

Plantes et Conception : énergie 13

Type de toiture Extensive Semi-Intensive Intensive

Arrosage Non Oui Oui

Substrat Léger Léger Terre

Epaisseur du complexe 4 à 15cm 12 à 30cm >30cm

Charge totale 60 à 180 daN.m−2150 à 350 daN.m−2>600 daN.m−2

Pente maximale 20% 20% 5%

Document de référence Règle de la CSFE 6Règle de la CSFE DTU 743.1

Type de culture Légère Légère Horticole

TABLE 1.1 – Les différents type de toitures végétales et leurs caractéristiques

FIGURE 1.16 – Culture

Extensive

FIGURE 1.17 – Culture

Semi-Intensive

FIGURE 1.18 – Culture

Intensive

Ce qui va changer d’une toiture à l’autre sera donc essentiellement le type de plantes

cultivées et le substrat ainis que le complexe de culture seront adaptés en fonction. Plus

l’on veut de grandes plantes, et donc des racines en profondeur, plus il faudra un substrat

épais.

6. Chambre Syndicale française de l’étanchéité

7. Document technique uniﬁé

14 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

3.2.2 Composition des toitures

FIGURE 1.19 – Compositions des différents types de toitures

Il faut noter qu’un nouveau de type de toiture dite "inversée" voit le jour. Dans ce type de

toiture, étanchéité et isolant sont inversés. Ceci permet notament de maintenir la couche

d’étancheité à un faible gradient de température et ainsi d’éviter la condensation au

niveau de cette couche.

Plantes et Conception : énergie 15

3.2.3 Avantages des toitures vertes

Les toitures végétlisées présentent de nombreux avantages. Ils peuvent être environne-

mentaux, économiques aussi bien que socioculturel.

Avantages Environnementaux

Il s’agit sans doute des avantages les plus évidents. On peut y distinguer :

—la gestion des eaux : la zone végétalisée agit comme un espace tampon. Une

part des eaux est ﬁltrée et absorbée par cette zone via son substrat et sa couche

drainante. Ils permettent; de réduire et différer le ruissellement vers les égouts

ainsi que les risques d’inondation et d’érosion, de restituer une partie de l’eau

dans l’atmosphère grâce à l’évapotranspiration des plantes et à l’évaporation

du substrat. Par exemple la rétention des eaux de pluies est de; 20% pour une

habitation standard, 40 % pour une toiture extensive (mousse essentiellement) et

de 95 % pour un parc.

—le renforcement de la biodiversité et des habitats pour la faune. En effet, la végé-

talisation va inévitablement constituer des habitats pour la faune telle que les

papillons, les insectes ... Cependant un réel impact des toitures sur la biodiversité

est à mettre en regard de la végétalisation globale environnante, une toiture verte

seule au milieu d’un ilôt de maisons en plein centre ville n’aura certainement pas

le même impact que tout un quartier équipé de toitures végétalisées.

—l’Amélioration du microclimat local.Grâce au pouvoir absorbant du substrat et du

couvert végétal, les toitures vertes ne réﬂéchissent que très peu les rayons so-

laires et régulent la température de l’air ambiant. Elles contribuent ainsi à ré-

duire l’effet d’îlot thermique (dû notamment à la radiation de la chaleur emma-

gasinée par les constructions) qui engendre des températures plus élevées et une

hygrométrie de l’air plus faible.

16 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

FIGURE 1.20 – Comparaison entre la température (image supérieure - dégradé foncé/-

chaud vers clair/très chaud ) et la densité de végétalisation (image inférieure - dégradé

clair/végétation peu dense vers foncé/dense) dans l’État de New-York

Plantes et Conception : énergie 17

—la Qualité de l’Air. Les végétaux agissent comme un ﬁltre pour certaines

particules déposées par l’air. Les eaux de pluies vont ensuite par ruisselement

permettre d’évacuer ces particules. De plus les feuilles ont la capacité d’absorber

les métaux lourds; jusqu’à 95% pour le cadmium, le cuivre et le plomb, et 16%

pour le zinc.

—la Régulation thermique. Les toitures vertes contribuent à la régulation thermique de

la toiture. Elles permettent de réduire la demande énergétique du bâtiment et/ou

d’augmenter le confort thermique en réduisant la surchauffe dans les locaux

qu’elle protège directement. La régulation thermique se fait surtout sentir en été

grâce à l’évapotranspiration des plantes qui permet de rafraîchir le climat local.

Cependant l’inertie d’une toiture verte de forte épaisseur ( substrat 20cm et drainage

10cm ) a un effet bénéﬁque en hiver aussi, CSTC NIT 229. Par ailleurs les calculs

sont souvent complexes car les résistances thermiques des différents composants de

la toiture varie en générale fortement avec l’humidité!

Avantages Economiques

L’investissement dans une toiture verte peut être vu comme un investissement rentable.

En effet :

—l’Investissement de base dans une toiture verte est nécessairement plus élevé que

pour une toiture traditionnelle et dépend de beaucoup de paramètres ( accessibilité,

superﬁcie, matériaux, systèmes, épaisseur du substrat ... ), dans tous les cas le

coût augmente avec l’épaisseur du substrat. Néanmoins cet investissement est à

mettre en regard de la réduction des coûts pour la climatisation du bâtiment,

la diminution des coûts d’entretien et de réparation réguliers de l’étanchéité

traditionnelle, économie du gravier de lestage de la toiture plate traditionnelle

—le Coût d’Entretien augmente aussi avec l’épaisseur du substrat, mais on rappelle

que des économies sont faites au niveau de l’étanchéité. Par ailleurs, il faut noter

que la toitrue extensive ne nécessite quasiment pas d’entretien.

Avantages Socio-culturels

Enﬁn on peut noter les différents impact indirects suivants :

18 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

—Santé et psychosensoriel la création de ces espaces verts constitue un contact avec

la nature, améliorant ainsi la qualité de vie et participant au sentiment de bien-être.

—Confort Visuel les surfaces végétalisées contribuent réellement à l’esthétique des

bâtiments et îlots en réduisant l’impact visuel de parkings ou encore de grandes

surfaces.

—Gestion Collective la gestion d’une toiture végétalisée peut être l’occasion

d’échange notamment dans les écoles ou les logements collectifs. Cette gestion

peut prendre la forme d’un projet unissant les habitants ou les usagers.

Plantes et Conception : énergie 19

3.3 Un exemple de calcul

Nous considérons dans l’exemple qui suit une toiture terrasse avec des espaces chauffés

en dessous. Dans le premier cas la toiture sera considérée non-végétalisée à isolation ex-

térieure et dans le second nous consiérerons une végétalisation extensive. Efnin, pour se

rapprocher un peu plus de la réalité, nous estimerons la température de surface du parterre

humide grâce à la formule dite de Rohwer.

Pour tous les calculs nous considérerons la toiture représentée par la vue en coupe ( plan-

cher haut) suivante :

FIGURE 1.21 – Vue en coupe - plancher haut

La dalle a une épaisseur ed=20cm.

20 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

3.3.1 Toiture non-végétalisée

Les jonctions entre murs et plancher haut vont générer des ponts thermiques linéiques,

nous allons en considérer deux sortes :

— un pont thermique linéique 8généré par les murs porteurs et valant

Ψp= 0.93W.m−1.K−1

FIGURE 1.22

— un pont thermique linéique généré par les cloisons et valant Ψm= 0.02W.m−1.K−1

FIGURE 1.23

On a les données suivantes :

— dalle en béton armé ed= 20cm,λ= 2.40W.m−1.K−1

— laine de roche de classe RA1 ed= 12cm,λ= 0.017W.m−1.K−1

— mur porteur en béton armé ed= 30cm,λ= 2.40W.m−1.K−1

— Température intérieure Tint = 20◦C

— Température extérieure Text = 13◦C(température moyenne en France métropoli-

taine)

—Rsi = 0.10K.m2.W −1

—Rse = 0.04K.m2.W −1

8. tous les symboles ainsi que les grandeurs qu’ils représentent et leurs unités sont regroupés dans la

Table des symboles section 6

Plantes et Conception : énergie 21

On rappelle quelques formules :

Ue=1

Rsi +Rse + Σiei

λi

W.m−2.K−1(1.1)

Hs= ΣjUj.Aj+ ΣkΨk.LkW.K−1(1.2)

D=Hs∆TW (1.3)

Les cloisons internes ont une longueur totale l= 26m, le périmètre vaut quant à lui

L= 40m.

On a donc :

—Σiei

λi=0,2

2,4+0,12

0,017 = 7,14m2.K.W −1

—ΣkΨk.Lk= 0,02.26 + 0,93.40 = 37,72W.K−1

—U= 0,137W.m−2.K−1

On trouve donc un déperdition thermique valant :

Dnorm ≃361W

3.3.2 Toiture végétalisée

Dans ce calcul nous garderons les mêmes géométries de plancher, le même gradient de

température, la même isolation. On rappelle les différentes couches composant une toiture

végétalisée dans la Figure 1.24 :

22 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

FIGURE 1.24 – Les couches composant une toiture végétale

On a les données suivantes (CSTC) :

— Substrat esub = 0.08m,λ= 2W.m−1.K−1

— Drainage ed= 0.02m,λ= 2W.m−1.K−1

— Etanchéité ee= 0.004m,λ= 0.23W.m−1.K−1

— Laine de roche de classe RA1 eiso = 12cm,λ= 0.017W.m−1.K−1

— Pare-Vapeur ep= 0.06m,λ= 0.17W.m−1.K−1

— Support en béton esup = 0.15m,λ= 1.7W.m−1.K−1

On a dans ce cas :

—Σiei

λi= 7.57m2.K.W −1

—U= 0,130W.m−2.K−1

—ΣkΨklk= 37,72W.K−1Règles Th-bat – Ponts thermiques 2017, tr-batiment.fr

Ici on trouve une déperdition thermique valant :

Dvert = 356W

3.3.3 Prise en compte de l’évaporation de l’eau retenue

La prise en compte de l’évaporation de l’eau retenue par les plantes semble assez impor-

tante a priori pour ne pas être négligée. Effectivement, les plantes refroidissent le climat

Plantes et Conception : énergie 23

de leur environnement proche.

Sur une toiture verte, les plantes vont avoir tendance à retenir les eaux (jusqu’à 90% de

rétention pour une toiture intensive). On peut donc considérer que dès lors qu’il pleut la

toiture se transforme en une grande surface (que l’on va considérer plane en première ap-

proximation) totalement imbibée d’eau. Cette eau en s’évaporant va donc naturellement

refroidir le climat local, c’est le principe du refroidissement par évaporation. Donc le

gradient thermique auquel est soumis la toiture va inévitablement augmenter.

On commence par faire un bilan thermique à l’interface toiture/air ambiant. On considère

le ﬂux entrant suivant :

Φentrant =Tair −T

R(1.4)

avec R la résistance thermique de l’interface.

On considère le ﬂux sortant suivant :

Φsortant =mevap∆hevap (1.5)

avec mvap la masse d’eau évaporée par seconde et ∆hvap la chaleur latente massique de

vaporisation

Maintenant un bilan thermique nous donne, en notant C la capacité caloriﬁque :

CdT = (Φentrant −Φsortant)dt (1.6)

D’où l’équation différentielle :

dt +1

RC T=1

RC Tair −1

Cmevap∆hevap (1.7)

La résolution donne alors :

T(t) = Tair +mevap∆hevapR(exp −t

RC −1) (1.8)

On voit donc qu’en régime permanent :

T(∞) = Tair −mevap∆hevapR(1.9)

Nous allons ici nous appuyer sur la formule de Rohwer. Cette formule nous permet de

24 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

remonter au taux d’évaporation (en mm/jour) d’eau d’une surface imbibée. Cette formule

s’écrit :

E= 0,484 ×(1 + 0,6×u)×(ps−pe)(1.10)

On en déduit :

mevap =E×S×ρ×10−3

86400 (1.11)

Nous allons nous placer en régime permanent. On prend :

—R=Rse

S= 4 ×10−4K.W −1

—Text = 13◦C

—Tint = 20◦C

—∆hevap = 2454.103J.kg−1

—ps= 1497P a

—pe= 600P a

—u= 5m.s−1

Avec ces données on trouve mainenant :

Tprox = 11.5

Avec ce nouveau gradient themique on obtient une déperdition valant :

D′

vert = 438W

On voit donc bien qu’en prenant en compte l’abaissmeent de température dû à l’éva-

poration de l’eau du plancher végétalisé les déperditions thermiques sont tout de suite

signiﬁcativement plus élevées.

Mais regardons une situation en phase estivale, on a alors :

—Text = 35◦C

—Tint = 20◦C

Plantes et Conception : énergie 25

—∆hevap = 2257.103J.kg−1

—ps= 5622P a

—pe= 2811P a

—u= 5m.s−1

On a dans ce cas :

mevap = 6,3g.s−1

Tplacnher = 29,3C

Et il vient alors :

Dnorm ≃823W

Dvert ≃507W

On voit donc tout l’intérêt que révèle un toit végétalisé en été. Celui-ci réduit de plus d’un

tiers les déperditions thermiques! Il faut par ailleurs noter le fait qu’en général les toitures

plates en béton sont très souvent source d’une surchauffe. La différence de température

imposée par une toiture standard est donc en réalité plus élevée que (Text −Tint).

26 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

4 Plantes et Biomimétisme : structure

Nous avons donc pu voir deux différents stades de l’invasion des plantes dans le bâti-

ment; d’abord aposées en façades via des décors en fontes, inspirant aussi les gardes corps

de balcons et les bow-window Art-Nouveau, puis s’insérant dans le bâtiment en poussant

sur les façades et les toits, ou encore remplaçant tout ou partie des granulats minéraux

dans les bétons bio-sourcés...

Nous allons maintenant à l’ultime étape de cette invasion, quand le monde du vivant ins-

pire l’architecture; le bio-mimétisme. Le terme biomimétisme apparait dès 1980 et fut

vulgarisé par la biologiste et environnementaliste Janine Benyus, l’auteur de l’ouvrage

Biomimicry : Innovation Inspired by Nature 9.

4.1 Architecture Biomimétique

L’architecture biomimétique ne doit pas être confondue avec l’architecture bionique ou

encore l’architecture biomorphique. Tous ces termes peuvent être par ailleurs regroupés

sous le terme de bio-inspiration.

L’architecture biomorphique est l’architecture dont les formes sont inﬂuencées par les

formes organiques des végétaux, du corps humain ou des animaux. Elle inclut donc l’Art

Nouveau.

L’architecture bionique dont le but est la synthèse de la nature dans technologies construc-

tives modernes et qui débouche sur de nouvelles formes efﬁcaces au point de vue tant

fonctionnel qu’esthétique. Cette architecture ne tient donc pas compte du développement

durable.

L’architecture biomimétique tente elle de développer des "relations de synergies entre le

construit et son environnement" 10. La notion de développement durable est donc au coeur

de cette architecture

La démarche associée à cette dernière architecture est double 11. On distingue la démarche

qui part du problème rencontré par l’humain et qui analyse comment la nature et les orga-

nismes résolvent ce problème, c’est la démarche orientée problème. Puis on distingue

la démarche qui analyse les mécanismes mis en jeu dans la nature et qui regarde ensuite

quels problèmes pourraient être résolus grâce à ces mécanismes, il s’agit de la démarche

9. Les Cahiers de la recherche architecturale urbaine et paysagère, 1, 2018

10. 9

11. Speck et Speck, 2008 ;Helms et al., 2009

Plantes et Biomimétisme : structure 27

orientée solution.

4.2 Les trois niveaux du bio-mimétisme

Il existe trois différents niveaux dans la conception architecturale bio-mimétique; la

niveau organisme, le niveau comportement et le niveau comportement écosystème 12.

Ces trois niveaux se déﬁnissent comme suit :

— le niveau organisme s’inspire d’un être et peut impliquer d’imiter une partie de

l’organisme ou du tout;

— le niveau comportement tente de traduire le comportement de l’organisme d’un

être;

— le niveau écosystème a pour but d’imiter tout un écosystème entier ainsi que les

principes qui le rendent viable.

Enﬁn dans chacune de ces catégories existent encore cinq dimensions traduisant la dé-

marche de réﬂexion; la forme, le matériau, la construction, le processus et la fonction.

On comprend donc que les animaux ainsi que les plantes, en tant qu’organisme à part

entière, vont être au coeur de la démarche architecturale bio-mimétique.

4.3 Exemples de chaque niveau

Le niveau organisme est celui qui s’inscrit le plus naturellement dans la suite de ce

document. Effectivement il s’agit d’un biomimétisme de forme et de surface. L’inspira-

tion vient directement des formes observées dans la nature. Quelle différence avec l’Art

Nouveau?

Mis à part l’inspiration il n’y a aucun rapport. En effet il ne faut pas oublier que la dé-

marche architecturale bio-mimétique tente de résoudre des problèmes de manière ingé-

nieuse. A aucun moment l’Art Nouveau ne tente de résoudre un problème, si ce n’est

esthétique. Il s’agit réellement d’un nouveau stade de l’architecture.

L’imitation de l’organisme peut se voir immédiatement dans les deux exemples qui

suivent. Les deux exemples se trouvent à Singapour. Le premier est celui de l’Espla-

nade Theatre de DP Architects et Michael Wilford. La couverture de la structure s’inspire

12. Zari, 2007

28 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

directement de la peau du Durian, un fruit. Elle est composée de panneaux d’aluminium

qui ﬁltrent la lumière du soleil et changent de direction avec le soleil. Cette conception

biomimétique réduit de 30 % l’énergie totale consommée dans le bâtiment et de 55 %

l’utilisation de l’éclairage artiﬁciel.

FIGURE 1.25 – Vue intérieure de l’Espla-

nade

FIGURE 1.26 – Vue extérieure de l’Espla-

nade

FIGURE 1.27 – Un Durian

Plantes et Biomimétisme : structure 29

Un autre exemple encore très impressionnant du niveau organisme de l’architecture bio-

mimétique est celui du ArtScience Museum de Singapour. Dans ce cas l’inspiration vient

de la ﬂeur de Lotus. L’arrangement particulier des pétales qui compose le bâtiment permet

de récupérer l’eau de pluie aﬁn de la recycler et laisse entrer la lumière naturelle dans

plusieurs directions diminuant ainsi l’usage de l’éclairage artiﬁciel.

Au vu de la complexité de la structure métallique, le BIM a été utilisé par le bureau

d’étude Yongnam basé à Singapour. Celui-ci a pu ainsi dessiner 5000 pièces d’acier ainsi

que les élévations qui ont permis que les différents pétales s’ajustent parfaitement.

FIGURE 1.28 – ArtScience Museum en

phase construction

FIGURE 1.29 – ArtScience Museum ter-

miné

FIGURE 1.30 – Fleur de Lotus

30 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

Le niveau comportement est un biomimétisme de processus ou de fonction. La nature

est observée et on analyse comment elle réalise une fonction pour l’imiter par la suite. Un

très bel exemple est celui de l’Estgate Building à Harare au Zimbabwe, réalisé par l’ar-

chitecte Mick Pearce. Pour ce bâtiment l’architecte s’est inspirée de la thermorégulation

des thermitières. Ce système de ventilation passive permet de diminuer considérablement

les consommations d’énergie. Une étude comparative menée avec six autres bâtiments a

montré que l’Eastgate Building utilise 35 % moins d’énergie qu’un bâtiment convention-

nel avec air conditionné, soit une économie estimée à environ 3,5 millions de dollars sur

cinq ans 13.

FIGURE 1.31 – Schema de fonctionne-

ment

FIGURE 1.32 – Vue en coupe d’une

thermitiere

FIGURE 1.33 – EastGate Building

13. Levillain et Thebaud, 2016

Plantes et Biomimétisme : structure 31

Le niveau écosystème correspond tend à une conception englobant toute une ville, tout

un "écosystème" de bâtiment. Le but est de comprendre les interactions entre certaines

espèces et leur environnement qui produisent un système stable et durable.

Le projet Kalundborg Symbiosis est le parfait exemple de cet ultime niveau de biomimé-

tisme. Il s’agit d’un partenriat entre 9 entreprises, publiques et privées. Elles ont déve-

loppé ensemble au Danemark depuis 1972, le premier projet de symbiose industrielle et

de production circulaire. Le principe est simple; les déchets d’un entreprise deviennent

les ressources d’une autre. Il y a donc des avantages économiques et environnementaux

évidents 14.

La ﬁgure suivante représente les différents ﬂux d’énergie (rouge), d’eau (bleu) et de ma-

tériaux (verts) entre les entreprises.

FIGURE 1.34 – le projet Kalundborg Symbiosis

Le biomimétisme est donc un moyen d’accroître la durabilité d’un projet et de limiter son

impact sur l’environnement. Les stratégies que la nature nous offre à observer et analyser

sont des stratégies qui ne peuvent être que bénéﬁques à la conception architecturale.

14. symbiosis.dk

32 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

4.4 A l’interface entre biologie et architecture

D’après ce qui précède nous voyons apparaître un lien fort et étroit entre l’architecture

et la biologie, il y a une forte interdisciplinarité mise en jeu lors de la conception de projets

bio-mimétiques. Tout le problème de cette conception est donc de savoir comment passer

d’une discipline à une autre de manière ingénieuse. Effectivement, on ne peut pas directe-

ment copier la nature. Il doit y avoir en amont de la conception tout un travail d’extraction,

d’analyse et d’abstraction. C’est ce travail qui implique l’interdisciplinarité nécessaire au

bon déroulement de la conception. Natchtigall déﬁnit l’approche du biomimétisme pour

l’architecture et le design comme un processus en trois étapes : Recherche, Abstraction,

Implémentation 15. De ce processus cognitif émergent deux difﬁcultés majeures pour l’ar-

chitecte qui sont 16 :

— Que regarder dans la nature?

— Comment interpréter les processus de la nature en tâche de conception?

Pour répondre à ces question il est alors possible d’adopter deux points de vus différents.

Un point de vue indirect où l’architecte réutilise des outils et travaux biomimétiques sou-

vent issus de l’informatique. Le parfait exemple est celui du Physarum Solver. Ce solver a

été implémenté en observant une moisissure intelligente capable de trouver les plus courts

chemins pour trouver de la nourriture, le Physarum Polycephal. L’algorithme permet de

créer maintenant des réseaux de transports et de distributions optimisés.

Le deuxième point de vue, direct, fait appel à une collaboration entre architecte et biolo-

giste. Le but ici est de transposer des formes et procédés techniques naturels à des formes

et procédés techniques architecturaux lors de la conception. Par exemple l’architecte Lidia

Badarnah collabore avec des biologistes et des biophysiciens pour élaborer une méthodo-

logie et des outils biomimétiques en vue de concevoir des enveloppes bio-inspirées pour

l’architecture. Les travaux montrent que cette étroite collaboration a permis d’identiﬁer

des convergences fonctionnelles pour différents déﬁs environnementaux dans le bâtiment

et dans la nature. On comprend que ce processus peut être fructiﬁant mais son inconvé-

nient majeur est de nécessiter une longue maturation, du fait même de la collaboration

impliquée.

A bien des égards l’architecture bio-mimétique semble offrir de nombreux avantages

et des solutions face aux problèmes environnementaux de notre temps. Néanmoins les

15. Nachtigall, 2010

16. Les Cahiers de la recherche architecturale urbaine et paysagère, 1, 2018

Conclusion - Ouverture 33

étapes de recherche et d’abstraction, ainsi que la collaboration nécessaire à la conception

bio-mimétique en font un processus lent. Ceci est d’autant plus crucial à une époque où

l’on laisse que peu de temps aux projets urbains de se faire.

5 Conclusion - Ouverture

Nous avons décidé de parler d’ "invasion" mais après lecture de ce document, il paraît

évident que c’est bien l’être humain qui est allé chercher les plantes et autres organismes

pour répondre à ses besoins en matière de conception architecturale. En d’autres termes,

il ne s’agit pas tellement d’une invasion de plantes mais plutôt de l’appropriation des

mécanismes de la nature, de ses organismes et de ses écosystèmes, par l’Homme. À tous

les stades de l’histoire présentés précédemment on retrouve une collaboration directe ou

indirecte, mais bien étroite, entre architecture et biologie. Le but est toujours le même;

mettre la nature au service de l’Homme pour arrêter de l’asservir et de la détruire.

Il est important de remarquer que la chronologie qui a été proposée lors de ce cours

peut totalement être remise en cause. Effectivement, nous avons regardé l’exemple de

l’Art-Nouveau pour les décorations ﬂorales de façades, mais nous aurions très bien pu ap-

préhender les sculptures gothiques des cathédrales remontant ainsi au Moyen-Age. Pour

ce qui est des surfaces végétalisées nous aurions tout a fait pu aborder le cas de maisons

Scandinaves remontant à l’âge Viking. Enﬁn pour les structures bio-mimétiques nous au-

rions aussi pu disserter sur les ponts vivants du Meghalaya nous ramenant 500 ans en

arrière!

Une telle chronologie a été choisie car elle permet de comprendre aisément les ponts

qui ont été franchis par l’architecture sur un lapse de temps que l’on peut facilement se

représenter. Elle permet de plus de souligner la continuité de l’invasion des plantes en ur-

banisme lors du dernier siècle et met surtout en avant la renaissante et incessante volonté

que nous avons de vivre plus proche de la nature.

Au vu du contexte écologique actuel et après avoir assisté à une bétonisation excessive de

notre environnement, cela ne peut a priori qu’être rassurant. Mais il faut aussi remarquer

que l’idée n’est pas neuve. Hundertwasser dans Reboisement de la ville, 1971 abordait

déjà le sujet d’une architecture écologique. Aujourd’hui il est intéressant de comprendre

et d’analyser ce qui nous retient de sauter dans le monde des Vegetal City. Se rapprocher

de la nature dans l’architecture n’est pas synonyme de "retour en arrière", de "préhistoire"

ni d’ "inconfort".

34 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

6 Table des symboles

Symbole Grandeur Unités

E taux d’évaporation mm.jour−1

C capacité caloriﬁque J.K−1

S surface du plancher m2

pspression de vapeur saturante P a

pepression de vapeur partielle P a

Φentrant ﬂux de chaleur entrant W

Φsortant ﬂux de chaleur sortant W

mevap masse d’eau évaporée par seconde kg.s−1

Tair température de l’air ˚C

∆hevap chaleur latente de vaporisation de l’eau J.kg−1

ρmasse volumique de l’eau kg.m−3

Rrésistance thermique du plancher végétalisé K.W −1

uvitesse du vent m.s−1

Uecoefﬁcient de transmission surfacique W.m−2.K−1

Hscoefﬁcient de déperdition par transmission W.K−1

λconductivité thermique W.m−1.K−1

Ψcoefﬁcient de déperdition linéique W.m−1.K−1

TABLE 1.2 – Table des symboles

7 Sources

7.1 Figures

— Figure 1.2 france-pittoresque.com

— Figure 1.3 theartstory.org

— Figure 1.4 e-monumen.net

— Figure 1.5 et 1.6 structurae.info

— Figure 1.7 lartnouveau.com

— Figure 1.8 lecercleguimard.fr

— Figure 1.9 lartnouveau.com

— Figure 1.10,1.11 et 1.12 Répertoire des fontes Durenne, Val d’Osne et Bigot-

Renaud

Sources 35

— Figure 1.13 et 1.14 paricultures.com

— Figure 1.16,1.17 et 1.18 toiture.ecovegetal.com

— Figure 1.20 wikipedia.org/wiki/Urban_heat_island

— Figure 1.25,1.26 esplanade.com

— Figure 1.28,1.29 tekla.com

— Figure 1.32 laterredabord.fr

— Figure 1.34 symbiosis.dk

7.2 Bibliographie

— Les bétons de granulats d’origine végétale : Application au béton de chanvre [Am-

ziane et Arnaud, 2013]

— Pour une architecture plus proche de la nature et de l’homme [Hundertwasser, 1998]

— Archiboressence [Schuiten, 2006]

— Meteorological and air quality impacts of increased urban albedo and vegetative

cover in the Greater Toronto Area, Canada [Taha, Haider, Hammer, HillelAkbari,

Hashem, 2002]

— Les fontes d’ornement d’Hector Guimard : tentative de démocratisation par l’indus-

trialisation d’une esthétique personnelle [Descouturelle, 2013]

— Répertoire des fontes Guimard 1.6 parDurenne, Le Val d’Osne et Bigot-Renaux

[Descouturelle, 2016]

— Le végétalisation des bâtiments [Bouattour et Alain, 2009]

— Les Cahiers de la recherche architecturale urbaine et paysagère, 1 [Chayaamor-Heil,

Guéna et Hannachi-Belkadi, 2018 ]

7.3 Webographie

— guidebatimentdurable.brussels

— vegetalcity.net

— lemoniteur.fr

— lecercleguimard.fr

36 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900

— cstc.be

— tekla.com

Évaluation des opportunités

d’utilisation de drones dans les

différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Dès le début de ma scolarité, j’ai formulé le souhait d’intégrer un des corps techniques

de l’État. Suite à une présentation d’un ancien élève de mon département de Génie Civil

et Environnemental, devenu Ingénieur des Ponts des Eaux et des Forêts, j’ai manifesté

auprès de lui mon envie de comprendre comment était organisée l’instruction des dos-

siers scientiﬁques et techniques au sein des services déconcentrés. Alors en poste en tant

que chef de service à la Direction Départementale des Territoires de l’Eure-et-Loir, il m’a

proposé de réaliser une étude de faisabilité pour son service, lors des congés d’été 2019.

Le mémoire présenté ci-après est basé sur cette étude. J’ai analysé les opportunités d’utili-

sation de drones au sein des services déconcentrés, puis les coûts associés à l’adoption de

ce nouvel outil et ai enﬁn proposé une stratégie de déploiement. Finalement ce travail m’a

permis comprendre la mise en œuvre des politiques publiques par les services de l’État,

et comment ceux-ci peuvent être aidés par certaines innovations comme le drone.

Sommaire

1 Pourquoi un drone dans les services de l’État? .............. 39

2 Glossaire ................................... 40

3 Quelles utilisations et dans quels services? ................ 41

4 Quel cadre réglementaire? ......................... 56

5 Quelle stratégie de déploiement? ...................... 66

6 Synthèse ................................... 77

7 Bibliographie - Liens Utiles - Contacts ................... 79

8 Organisation du Stage et ressenti ...................... 81

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Remerciements

Ce stage en administration a été encadré par Raphaël Demolis, Ingénieur des Ponts, des

Eaux et des Forêts (IPEF), Chef du Service de la Gestion des Risques, de l’Eau et de

la Biodiversité à la Direction Départementale des Territoires (DDT) d’Eure-et-Loir. Je le

remercie chaleureusement pour la conﬁance qu’il m’a accordé en m’offrant la possibilité

d’effectuer un stage dans son service et pour le temps précieux qu’il m’a consacré aussi

bien pour me montrer le travail d’un IPEF que pour m’aider à l’élaboration de ce rapport.

Pour rédiger ce rapport j’ai été amené à rencontrer et à m’entretenir avec un grand nombre

d’agents travaillant dans différents services de l’État : Direction Départementale des Ter-

ritoires, Direction Départementale de la Cohésion Sociale et de la Protection des Popula-

tions, Agence Française pour la Biodiversité, Ofﬁce National de la Chasse et de la Faune

Sauvage, Direction Régionale des Affaires Culturelles, Direction Régionale de l’Environ-

nement de l’Aménagement et du Logement. Je tiens à remercier l’ensemble des agents

que j’ai rencontré pour le temps qu’ils m’ont accordé et car ils ont rendu possible l’élabo-

ration de ce rapport.

Je remercie particulièrement Patrick Carrignon et Emilie Bachelier de m’avoir laissé les

accompagner en déplacement en me donnant ainsi un aperçu du travail de terrain que

conduit une DDT.

Pourquoi un drone dans les services de l’État? 39

1 Pourquoi un drone dans les services de l’État?

La société du numérique pousse à l’innovation et à l’utilisation de nouvelles technolo-

gies pour soutenir et/ou remplir des missions d’une grande diversité. Lorsqu’il s’agit des

nouvelles technologies, il faut impérativement déﬁnir un cadre strict d’utilisation aﬁn de

protéger au mieux les usagers et avoir une utilisation la plus efﬁcace et judicieuse pos-

sible. En effet, les nouvelles technologies se montrent régulièrement d’une grande aide au

quotidien pour une partie importante des acteurs de la société civile et militaire (pompiers,

police ...).

C’est dans cette optique qu’il a été évoqué la possibilité d’avoir un ou plusieurs drones

à la DDT 28 aﬁn d’assister les agents de l’Etat qui se rendent sur le terrain pour remplir

différentes missions ; gestion de crise post-inondations, aide à l’élaboration de documents

d’urbanisme, aide à la police de l’environnement etc.

Ce rapport se propose d’évaluer le soutien que pourrait apporter des drones aux agents

des différents services de l’État sur le territoire d’Eure-et-Loir. Il conviendra tout d’abord

d’analyser les utilisations déjà implémentées en France (exemple DDTM 34, DDT 23)

et les potentielles utilisations dans les services de l’État en Eure-et-Loir, puis d’analyser

le cadre réglementaire imposé par la legislation française. Enﬁn nous regarderons deux

scénarios d’une stratégie de déploiement : formations, organisations, achat.

Pendant l’étude il sera impératif de garder à l’esprit que le drone doit avant-tout être

employé pour répondre à des besoins existants et aider les agents de l’État dans leur

travail. L’acquisition d’un drone n’est ainsi motivée ni par une course à l’innovation,

ni par la création de besoins. Le drone est néanmoins en passe de devenir un outil de

première importance dans les années qui arrivent. Ainsi, un nombre croissant d’acteurs

privés propose déjà aujourd’hui des services liés à l’utilisation de drone (cartographie,

inspection de bâtiment, suivi de chantier, aide aux agriculteurs pour les récoltes ...). Il

arrive même que des services de l’État fassent appel à ces entreprises. S’équiper de drones

permettrait donc aux services de l’État de mieux maîtriser leurs moyens, amenant ainsi

une certaine indépendance.

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

2 Glossaire

— ANAH : Agence Nationale de l’Habitat

— BADS : Bureau Application Droit des Sols

— BPAT : Bureau Planiﬁcation et Aménagement du Territoire

— BSD : Bureau Sécurité Défense

— CNIL : Commission Nationale de l’Informatique et des Libertés

— DDT : Direction Départementale des Territoires

— DDTM : Direction Départementale des Territoires et de la Mer

— DGAC : Direction Générale de l’Aviation Civile

— DRAC : Direction Régionale des Affaires Culturelles

— DSAC : Direction de la Sécurité de l’Aviation Civile

— ICPE : Installations Classées pour la Protection de l’Environnement

— MAP : Manuel d’Activités Particulières

— PPC : Plan Pluriannuel de Contrôle

— PPRI : Plan de Prévention des Risques d’Inondations

— RAA : Régime d’Autorisation Administrative

— SAUH : Service Aménagement, de l’Urbanisme et de l’Habitat

— SCTP : Service de la Connaissance des Territoires et de la Prospective

— SEA : Service de l’Économie Agricole

— SERBAT : Sécurité et Éducation Routières, Bâtiments et Appui Territorial

— SG : Secrétariat Général

— SGREB : Service de la Gestion des Risques, de l’Eau et de la Biodiversité

— UD DREAL : Unité Départementale de la Direction Régionale de l’Environnement,

l’Aménagement et le Logement

— VHU : Véhicule Hors d’Usage

Quelles utilisations et dans quels services? 41

3 Quelles utilisations et dans quels services?

3.1 Les DDT ayant déjà franchi le pas

3.1.1 Le club de l’innovation dans la DDTM 34 et l’intgréation du drone comme

outil de travail

Consciente de la nécessité d’innover pour appliquer au mieux les politiques territoriales,

la DDTM de l’Hérault a formé un club de l’innovation. Ce club est un groupe d’agents vo-

lontaires chargés de promouvoir l’innovation dans les différentes missions de la DDTM.

Le directeur de la DDTM 34 a déﬁni comme suit les missions des agents de ce club :

— conduire des projets retenus;

— répondre aux différents appels à projet en matière d’innovation :

— être un ambassadeur de l’innovation;

— expérimenter des idées et être un appui à leur déploiement dans le cadre des

missions;

— assurer une veille inspirante sur les idées, les méthodes et les outils innovants

dans les autres administrations;

— communiquer sur le rôle du club et ses actions.

Dans le cadre du club de l’innovation il a été proposé d’ utiliser des drones pour assister

les agents de la DDTM 34 dans leurs missions. Après étude préalable, il a été décidé de

former 3 agents et d’acheter 2 drones.

Ces drones aident d’une manière générale :

— aux repérages préalable au contrôle (suivi de chantier, zone non débroussaillées,

non respect de l’arrêté sécheresse etc.);

— à la gestion de crise (inondations, incendies, pollutions etc.).

Les agents télépilotes ont mis en place une adresse mail générique pour la mission drone.

Les services ou agents souhaitant une intervention d’un des 3 télépilotes n’ont qu’à en-

voyer un mail à cette adresse et les télépilotes s’arrangent entre eux (en fonction de leur

agendas respectifs) pour répondre à la demande.

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Bien qu’a priori l’aspect maritime semble très pertinent pour l’utilisation de drone, celui-

ci n’a pas constitué la majeure partie des missions réalisées en 2018/2019 à la DDTM de

l’Hérault 1.

3.1.2 Poursuite de l’intégration du drone comme outil de travail en DDT 23

La DDT de la Creuse vient elle aussi de faire l’acquisition d’un drone (et en achètera

très certainement un second en 2019) et a décidé de former 2 agents. Les drones sont

utilisés pour la surveillance et l’aide à la qualiﬁcation des cours d’eaux, la surveillance de

l’état de la végétation, la détection de coupe rase et le comptage de gibier. La DDT 23 se

penche maintenant sur l’éventualité de former un agent à la photogrammétrie de façon à

accroître le panel d’utilisation de ces drones.

3.2 Évaluation des opportunités dans la DDT 28

L’évaluation des potentielles utilisations en Eure-et-Loir s’est basée sur un ensemble d’en-

tretiens réalisés avec les chefs de service et les chefs de bureaux dans les différents ser-

vices de l’État.

3.2.1 SGREB - Soutien à la Police de l’Environnement

Les inspecteurs de l’environnement sont souvent amenés à se rendre sur le terrain. Que

ce soit lors de contrôle ou dans des cas de suivis habituels (Plan Simple de Gestion,

défrichement) ceux-ci sont amenés à se déplacer sur un terrain qu’ils ne connaissent pas

nécessairement et qui présente des environnements divers. La notion d’adaptabilité est

donc bien présente. Prendre de la hauteur peut ainsi offrir une solution intéressante.

section NATURE Surveillance de défrichement non-autorisé

Témoignage, accompagnement de la police de l’environnement lors d’un déplacement

Un déplacement à Bû nécessitant la présence d’un inspecteur de l’environnement avait

été demandé aﬁn de constater un possible défrichement non-autorisé. Cependant aucune

information précise n’avait été transmise sur la localisation du défrichement. Il a donc

1. témoignage agent télépilote de la DDTM34

Quelles utilisations et dans quels services? 43

fallu, une fois sur la commune, faire le tour de chaque parcelle en voiture aﬁn de cher-

cher à vue d’oeil et hauteur d’homme ce qui aurait pu laisser présager un défrichement

non-autorisé. Il apparaît donc que cette méthode de surveillance ne peut-être que partielle

et ne peut apporter des résultats concluants que dans de rares cas.

L’utilisation d’un drone serait donc tout à fait pertinente. En effet, une fois rendu dans

la zone de recherche l’agent de terrain n’aurait alors qu’à identiﬁer une zone de décol-

lage et d’atterrissage accessible ainsi qu’un plan de vol. A partir de cette étape le drone

permettrait donc de :

—limiter les déplacements (souvent non fructueux) de l’agent autour des parcelles;

— quadriller rapidement la zone d’intérêt;

— faire un premier repérage si ce n’est identiﬁer immédiatement une zone de dé-

frichement grâce aux prises de vue;

—limiter l’utilisation d’un véhicule.

Aide à la vériﬁcation pour la délivrance de Certiﬁcat

Pour obtenir un certiﬁcat IFI 2ou Monichon le propriétaire fourni un plan de sa propriété

examiné par la DDT aﬁn d’en déterminer sa cohérence avec les critères déﬁnis par le certi-

ﬁcat. L’examen de ce plan se fait sur place et nécessite donc l’observation de la propriété.

Un drone dans ce cas permet essentiellement un gain de temps précieux.

Aide au suivi de Plan Simple de Gestion (PSG)

L’inspecteur de l’environnement peut aussi être amené à contrôler régulièrement (une

trentaine de contrôles par an en DDT 28) les propriétés soumises à des PSG. Le but de

ces contrôles est essentiellement de surveiller que le propriétaire suit le plan qui a été

élaboré : respect des coupes, des plantations etc.

Dans cette situation le drône permettrait de visualiser :

— des coupes rases;

— des éclaircissements;

— la présence de maladies sur les arbres.

2. Impôt sur la Fortune Immobilière : avantage ﬁscal qui consiste à réduire la base imposable des bois et

forêts sous certaines conditions. En contrepartie, les bois et forêts appartenant au bénéﬁciaire ou appartenant

au groupement forestier, doivent, pendant 30 ans, être gérés selon des garanties de gestion durable, que le

propriétaire s’engage à respecter.

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

De plus, le drone permettrait l’acquisition de prises de vues pour la mise à jour du PSG et

donc d’avoir des images ﬁables pour suivre son évolution.

Vériﬁcation de coupe sous Régime d’Autorisation Administrative (RAA)

Lorsqu’un propriétaire n’est pas soumis à un PSG il peut par contre suivre un RAA. Dans

ce cas la vériﬁcation des coupes effectuées par le propriétaire est primordiale pour s’as-

surer que les coupes sont respectées et qu’il n’y a pas d’abus (pas de commercialisation

du bois par exemple). Le drone permettrait dans ce cas de :

— repérer plus facilement les coupes;

— repérer un lieu de dépôt du bois.

Le drone permet aussi, encore une fois grâce aux prises de vues, de suivre régulièrement

l’évolution des parcelles et donc d’avoir des images ﬁables pour faire des comparaison.

Le nombre de jour.homme consacré à ce type de mission serait par ailleurs augmenté car

le drone participe à un suivi plus ﬁn.

section EAU Aide à la surveillance de travaux en lit mineur

La surveillance régulière des cours d’eau et de leurs alentours est importante. Il est notam-

ment essentiel de vériﬁer que toutes les constructions dans ces zones s’effectuent dans les

règles de l’art (notamment respect de la loi sur l’eau pour les DDT). Ces zones peuvent

parfois être difﬁcile d’accès. Ainsi un drone permettrait d’aider à la surveillance de :

—remblais;

—restauration de berge;

— l’ouverture/fermeture des vannes de moulins qui sont souvent des résidences se-

condaires et difﬁcilement accessibles.

La Figure 2 illustre parfaitement ce type d’utilisation. Sur cette photo on constate l’ins-

tallation illégale sur berge de gabions. L’accès au gabion est difﬁcile et il devient alors

impossible de connaître précisément la longueur de gabions qui a été installé le long de la

berge.

Quelles utilisations et dans quels services? 45

FIGURE 2.1 – Installation illégale de gabions sur une berge

Dans cette situation, un survol en drone aurait permis d’estimer rapidement la longueur

de gabions installée.

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Aide à la surveillance des lits majeurs

La surveillance des lits majeurs des cours d’eau est indispensable, surtout en zone inon-

dable. En effet, le lit majeur étant la surface susceptibles d’être immergée en période de

crue, toute construction sur cette surface présente un risque d’inondations et accroît ce

risque en aval. Par exemple, la présence de remblais sur lit majeur est très préoccupante

car ceux-ci en diminuant la surface d’une zone inondable, augmentent le risque d’inon-

dation dans une autre zone. Sur les Figures 2.2 et 2.3 (photographies de 2008) est mise en

évidence la présence de remblais sur lit majeur. A l’époque ceci devait faire l’objet d’une

déclaration, mais aujourd’hui avec la mise en place d’un Plan de Prévention des Risques

d’Inondations (PPRI) cette installation/construction constitue un délit. La surveillance et

l’estimation de la surface de ces remblais ainsi que des zones impactées par leur présence

sont donc des missions de grande importance.

FIGURE 2.2 FIGURE 2.3

Dans ce cas, il apparaît que les remblais sont inaccessibles directement ou bien cachés

derrière des arbres, une estimation de leur taille ainsi que des surfaces qu’ils impactent

est donc difﬁcile.

Ainsi, un survol en drone puis un traitement des images par photogrammétrie auraient

permis d’accomplir cette tâche plus rapidement.

3.2.2 SERBAT - Soutien à la gestion de crise

Lors d’une gestion de crise, le SERBAT est le premier service contacté par la préfecture.

Celui-ci est alors amené à prendre contact avec d’autres agents de la DDT . Un déplace-

Quelles utilisations et dans quels services? 47

ment sur le terrain est alors envisageable. Par conséquent, une multitude de situations de

crise lors desquelles le drone paraît pertinent existe.

Gestion d’Incendies Un drone permettrait effectivement de :

—visualiser l’ampleur de l’incendie;

—repérer son foyer.

Il faudra dans ce cas précis bien faire attention à ce que le drone ne soit pas pris dans les

fumées, ce qui ferait basculer le vol à vue en vol hors vue 3. De plus les fumées d’incendies

avec les particules ﬁnes qu’elles transportent ne peuvent être que nocives pour le drone.

Gestion d’Inondations Dans ce cas le drone permettrait :

— d’observer les laisses de crues;

— de visualiser l’ampleur des dégâts;

— de repérer des personnes ou animaux (d’élevage notament) en danger;

— d’actualiser la cartographie des zones inondables.

Les Figures 2.4 et 2.5 prise (photographies de mars 2018) montrent une situation qui

aurait pu être débloquée par un drone. Les surfaces inondées semblent assez étendues et

déﬁnir leur limites depuis le sol est compliqué.

FIGURE 2.4 FIGURE 2.5

Finalement, un survol en drone aurait permis de cartographier ces zones rapidement et

efﬁcacement, améliorant ainsi la connaissance de cette zone inondable.

3. voir section 3.2.1

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Gestion d’accident de la route Lors d’un accident de la route, un embouteillage peut

très rapidement se former au niveau de l’accident et rendre ainsi l’accès difﬁcile et plus

lent aux équipes devant se rendre sur site. Le drone permettrait de :

— visualiser la section routière impactée;

— visualiser l’accident (nombre de véhicules impliqués, type de véhicule, éventuelle

fuite de carburant ...).

Gestion d’épisodes neigeux Lors d’épisode neigeux, le département d’Eure-et-Loir se

trouve fortement impacté. Effectivement, lorsque les poids lourds ne peuvent plus pénétrer

en région parisienne, ceux-ci sont pour une partie détournés vers l’Eure-et-Loir. Des aires

de stockage doivent alors être mises en place. Un drone permettrait :

— d’optimiser le stationnement des poids lourds sur l’aire;

— d’avoir un accès rapide et efﬁcace au taux de stockage de chacune de ces aires.

3.2.3 SAUH - Soutien au service en charge de l’urbanisme

Les missions liées à l’urbanisme s’appuient sur des prises de vues aériennes. Ces prises

de vues sont pour le moment satellitaire via Google Maps ou le GéoPortail. Elles ne sont

donc pas maîtrisées et les agents ne peuvent faire qu’avec les cartes déjà fournies.

Aide à la cartographie nécessaire à l’élaboration et au suivi de dossier relatifs à des

constructions L’utilisation d’un drone permettrait aux agents d’obtenir des prises de

vues :

— qui leur conviennent;

— autant que nécessaire;

— actuelles et immédiates (les prises de vues sur GoogleMaps et GéoPortail ne sont

pas nécessairement actuelles);

— avec une perspective dans les orientations nécessaires (ce qui n’est pas permis via

GoogleMap par exemple qui ne fournit des vues en perspective que depuis la chaus-

sée).

Maîtriser les prises de vue peut être un atout très intéressant car cela permet entre autre

de gagner du temps en limitant les déplacements. Il arrive à des communes concernées

Quelles utilisations et dans quels services? 49

par un dossier de faire appel à des prestataires pour obtenir de meilleures prises de vue

à fournir à la DDT, là aussi un drone apporterait un gain de temps en limitant le nombre

d’acteurs impliqués.

3.2.4 SG - Soutien au service de communication

Le soutien au service de communication est immédiat. Un support audiovisuel apporte

une véritable plus-value lors de campagnes de communication. Ainsi un drone équipé

d’une caméra permettrait de réaliser un certain nombre de ﬁlms appuyant la communica-

tion d’évènements organisés par la DDT ou bien la valorisation de missions réalisées par

ses agents.

3.3 Évaluation des opportunités pour l’AFB/ONCFS

L’AFB/ONCFS doit réaliser un ensemble de mission technique sur le terrain. Ces mission

peuvent aller du simple contrôle à la surveillance en passant par le recensement d’oiseaux.

Le drone permettrait d’aider dans de nombreuses missions dont voici les principales :

— Pour le contrôle de l’état des clôtures d’élevage de sanglier et la mise en oeuvre

du doublement de ces clôtures. Le drone permettrait de quadriller la surface très

rapidement et éviterait donc aux agents de faire tout le périmètre à pied pour les

vériﬁcations;

— En épisode de Peste porcine Africaine, il faut surveiller les points d’eau qui sont

des endroits privilégiés pour trouver des carcasses. Le drone permettrait de visua-

liser rapidement l’ensemble des points d’eau et de repérer facilement ces car-

casses;

— Pour le recensement de certaines espèces de l’avifaune nidiﬁcatrice. Le drone per-

mettrait de repérer rapidement les nids et de s’assurer sans effrayer les animaux

que le nid est bien occupé (la qualité des caméras thermique est telle que ce repérage

peut se faire à 100m d’altitude);

—En période de sécheresse il est impératif de vériﬁer que l’ensemble des usagers

respecte bien les arrêtés et que notamment sur les cours d’eau il n’y ait pas de pom-

page illégal. Remonter un cours d’eau à pied peut s’avérer laborieux, chronophage

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

et est parfois même irréalisable. De plus ces déplacements ont tendances à abîmer

les fonds ce qui est préjudiciable pour les espèces aquatiques. Le drone permettrait

alors de remonter le cours d’eau facilement et de repérer d’éventuels pompages

illégaux;

— La surveillance de forêt domaniale nécessite de s’assurer que des sites protégés ne

se font pas envahir par des engins motorisés tels des moto cross. Un survol en drone

de ces zones permettrait de repérer très rapidement des motos cross;

— Par ailleurs il est important d’observer le développement de certaines espèces aﬁn

d’adapter la réglementation dans certaines zones. Par exemple le retour de la loutre

dans certains cours d’eau amènera à protéger la portion du cours d’eau en question.

Le drone permettrait de repérer beaucoup plus facilement les individus;

— Enﬁn la surveillance de développement d’espèces exotiques envahissantes (espèce

exotique devenant nuisible aux espèces autochtones), aussi bien faune que ﬂore,

peut aussi se faire depuis le ciel et faciliter le repérage des individus.

3.4 Évaluation des opportunités pour l’UD DREAL

L’UD DREAL est chargée de gérer et de contrôler les Installations Classées pour la

Protection de l’Environnement (ICPE). Ces installations exploitées par une personne

physique ou morale présentent des risques de pollution des sols et/ou d’accidents

important, elles sont donc soumises à une réglementation spéciﬁque notamment en

terme d’autorisation. Assurer la sécurité et le bon fonctionnement des ICPE est donc

très important. Pour se faire, 8 agents de l’UD DREAL réalisent des inspections de

manière régulière tout au long de l’année : entre 20 et 25 inspections sont réalisées

chaque année par chaque agent (soit en moyenne 180 contrôles) pour 531 ICPE

référencées 4en Eure-et-Loir. Ces inspections prennent environ 3 jours.homme en

comptant les phases de préparations, de déplacement et de traitement des dossiers. Le

déplacement sur le terrain ne prend ﬁnalement qu’1 jour.homme

Une partie de ces inspections (environ un tiers), organisée selon un plan pluriannuel de

contrôle, est répartie dans 3 catégories déﬁnies par ordre de priorité :

—1ere catégorie, inspection tous les ans ;

4. d’après le site installationsclassees.developpement-durable.gouv.fr

Quelles utilisations et dans quels services? 51

—2ecatégorie, inspection tous les 3 ans;

—3ecatégorie, inspection tous les 5 à 7 ans.

Lors des contrôles, les inspecteurs sont amenés à veriﬁer que l’activité respecte la

réglementation en vigueur. Ils doivent aussi régulièrement faire des calculs de surfaces

et de volumes aﬁn de vériﬁer que les exploitants sont toujours dans les normes qu’ils

doivent respecter.

Enﬁn, une part des inspections consiste en des contrôles suite à des dénonciations de

sites illégaux : entrepôt de véhicules hors d’usage (VHU), stockage de déchets inertes,

carrières (plus rarement) etc. Lors de ces contrôles, les inspecteurs sont confrontés à de

nouveaux terrains dont ils n’ont pas forcément une connaissance approfondie. De plus,

l’accès à ces terrains est souvent difﬁciles et l’absence récurrente du propriétaire rend le

contrôle inefﬁcace.

Il apparaît donc que dans chaque cas de contrôle le drone peut-être un outil très précieux

en facilitant (voire en rendant possible) le contrôle et en améliorant la précision des

calculs. Cette utilisation nécessite un traitement d’images a posteriori car il faut traiter les

images du drone par photogrammétrie.

3.5 Synthèse des utilisations et de leur pertinence

Le Tableau 1 présente les utilisations évoquées en section 2.2,2.3 et 2.4. Il y ﬁgure

notamment les agents se rendant sur le terrain dans chaque cas, ce qui peut donner une idée

des agents qui se serviront en majorité des drones et qui sont a priori les plus susceptibles

à être former. Il y ﬁgure aussi une estimation du temps passé en jour.homme à l’année.

Le temps passé sur le terrain sera très certainement réduit par l’utilisation du drone. Ceci

est cependant à mettre en regard de la préparation nécessaire et obligatoire avant chaque

vol, qui doit être effectuée au bureau. De plus, il faut aussi noter que lorsqu’un agent qui a

besoin d’un drone n’est pas télépilote, il doit faire appel à un agent formé. Dans ce cas de

ﬁgure, un agent de plus est mobilisé sur le terrain. Enﬁn, un code indiquant l’importance

de chaque utilisation est employé :

1 : utilisation récurrente et mission grandement facilitée (économie de temps, efﬁca-

cité améliorée);

2 : le drone fournit un appui logistique sur le long terme notamment en permettant

la mise à jour de dossier avec des prises de vue régulières et actuelles en quantité

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

nécessaire. Le drone permet de surpasser des difﬁcultés qui peuvent survenir sur le

terrain (accès difﬁcile sur des propriétés par exemple);

3 : le drone est un appui logistique ponctuel.

Quelles utilisations et dans quels services? 53

Missions à réaliser

Type de

missions

Entités/

Services

[niveau d’importance]

Utilisation

Seul un drone

permet l’observa-

tion?

L’observation est

elle améliorée?

Agent se rendant

sur le terrain

Temps à l’année

(jour.homme)

[1] Surveillance défri-

chement non autorisé oui dans certains cas au cas par

cas

Inspecteur de

l’environnement

- nature

[1] Observation de

l’ouverture/fermeture

de vannes sur un cours

d’eau

oui dans certains

cas (absence pro-

priétaire)

oui

Inspecteur de

l’environnement

- eau

[2] Suivi de Plan

Simple de Gestion non oui

Inspecteur de

l’environnement

- nature

DDT - SGREB [2] Travaux en lit mi-

neur oui si berges inaccessibles au cas par

cas

Inspecteur de

l’environnement

- eau

[2] Surveillance de lit

majeur oui si travaux sur propriété au cas par

cas

Inspecteur de

l’environnement

- eau

Contrôle/Repérage [3] Coupe sous RAA non oui

Inspecteur de

l’environnement

- nature

[3] Délivrance de Certi-

ﬁcat non oui

Inspecteur de

l’environnement

- nature

DDT - SAUH [2] Dossiers relatifs à

des constructions

oui pour prises de

vue aux perspec-

tives précises

oui pas d’agent de

terrain spéciﬁque 25

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Missions à réaliser

Type de

missions

Entités/

Services

[niveau d’importance]

Utilisation

Seul un drone

permet l’observa-

tion?

L’observation est

elle améliorée?

Agent se rendant

sur le terrain

Temps à l’année

(jour-Homme)

DDT - SG [3] Soutien au service

de communication non oui

pas d’agent de

terrain spéciﬁque ...

DDT - SEA [3] Surveillance de

zones enherbées non oui

binôme sur le

terrain

pas d’agent de

terrain spéciﬁque

[1] Surveillance de

VTM dans les forêts

domaniales oui oui

tout agent suscep-

tible de se rendre

sur le terrain

100

[1] Surveillance des

points d’eau vis à vis

de la peste porcine oui oui

tout agent suscep-

tible de se rendre

sur le terrain

Contrôle/Repérage

[1] Contrôle de l’état

des clôtures dans les

parcs d’élevage oui oui

tout agent suscep-

tible de se rendre

sur le terrain

AFB/ONCFS [1] Recensement de

l’avifaune nidiﬁcatrice oui oui

tout agent suscep-

tible de se rendre

sur le terrain

[1] Retour d’espèces

sauvages dans les cours

d’eau oui oui

tout agent suscep-

tible de se rendre

sur le terrain

[1] Contrôle des es-

pèces exotiques enva-

hissantes oui oui

tout agent suscep-

tible de se rendre

sur le terrain

[1] Contrôle des infrac-

tions dans le cadre d’un

arrêté sécheresse oui oui

tout agent suscep-

tible de se rendre

sur le terrain

Quelles utilisations et dans quels services? 55

Missions à réaliser

Type de

missions

Entités/

Services

[niveau d’importance]

Utilisation

Seul un drone

permet l’observa-

tion?

L’observation est

elle améliorée?

Agent se rendant

sur le terrain

Temps à l’année

(jour-Homme)

UD DREAL [2] Contrôle dans le

cadre du PPC non oui un des 8

inspecteurs 90

DREAL

/ DDT-

SGREB

[2] Contrôle de site illé-

gaux (stockage de dé-

chet, VHU)

oui oui un des 8

inspecteurs 90

[1] Gestion d’incendies

oui repérage de

foyers grâce aux

caméras ther-

miques

au cas par

cas

tout agent

susceptible de se

rendre sur le

terrain

indéterminé

[1] Gestion d’inondations

oui zones inon-

dées inaccessible,

plus rapide et

plus sûr

oui idem indéterminé

Gestion de Crise DDT - SERBAT [2] Gestion d’accident

de la route non oui idem indéterminé

[2] Gestion d’épisodes

neigeux non oui idem indéterminé

TABLE 2.1 – Tableau récapitulatif des utilisations et de leur pertinence

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

4 Quel cadre réglementaire?

4.1 Classe d’usage

La DGAC distingue trois usages différents dans son guide Aéronefs Circulant sans Per-

sonnes à bord : activités particulières(10/2018) 5. Ces trois usages sont les suivants :

— l’aéromodélisme concernant l’utilisation liée au loisir;

— l’expérimentation concernant le développement et la mise au point de drones;

— les activités particulières concernant toute autre utilisation ne correspondant pas

aux deux premières.

Dans le cas où un service de l’État acquiererait un drone, il se placerait donc dans le

régime des activités particulières. La réglementation s’appliquant à ce régime fait l’objet

de cette section.

4.2 Généralités

Il est tout d’abord important de bien distinguer les domaines impliqués dans cette régle-

mentation, qui sont;

— l’aéronef vis à vis de l’immatriculation, l’enregistrement, l’équipement et l’homo-

logation;

— l’exploitant vis à vis de la déclaration d’activités périodiques, le manuel de procé-

dures, le suivi de la sécurité et le bilan annuel ;

— le télépilote vis à vis de sa formation et de ses compétences;

— les restrictions quant aux lieux, horaires et hauteurs ainsi que les démarches préa-

lables liées au vol;

— les conditions de préparation et de réalisation liées au vol.

Dans notre cas l’exploitant sera donc a priori un service de l’État et les télépilotes se-

ront les agents auxquels le service en question aura décidé de faire suivre la formation

adéquate.

5. DGAC : ecologique-solidaire.gouv.fr/drones-usages-professionnels

Quel cadre réglementaire? 57

4.2.1 Scénarios

Il convient maintenant de distinguer les 4 scénarios opérationnels tels que prédéﬁnis par

la DGAC dans le tableau suivant 6:

6. tableau élaboré à partir du guide Aéronefs Circulant sans Personnes à bord : activités particulières

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Type de Vol Spéciﬁcations

Distances Poids

Max Zone Pilote Drone Exploitant

à vue :

— 100 m dist. horiz.

— 150 m dist. vert.

25 kg non

peuplée

Certiﬁcat d’aptitude théo-

rique, Déclaration de niveau

de compétence, Formation

Pratique

Capteur barométriques, dis-

positif fail-crash, Attestation

de conformité navigabilité

MAP, envoyer une copie du

MAP à la DSAC/IR, contrac-

ter une assurance

hors vue :

— 1000 m dist. ho-

riz.

— 50 m dist. vert.

25 kg non

peuplée

Certiﬁcat d’aptitude théo-

rique, Déclaration de niveau

de compétence, Formation

Pratique

Capteur barométriques,

dispositif fail-crash, dispo-

sitif d’enregistrement des

paramètres, Attestation de

conception type

MAP, envoyer une copie du

MAP à la DSAC/IR, contrac-

ter une assurance

à vue :

— 100 m dist. horiz.

— 150 m dist. vert.

4 kg peuplée

Certiﬁcat d’aptitude théo-

rique, Déclaration de niveau

de compétence, Formation

Pratique

Capteur barométriques,

dispositif fail-crash, dispo-

sitif d’enregistrement des

paramètres, Attestation de

conception type

MAP, envoyer une copie du

MAP à la DSAC/IR, contrac-

ter une assurance

hors vue :

— dist. horiz non-

déﬁnie.

— 150 m dist. vert.

2 kg peuplée

PPL + 100 heures de vol, 20

heures de vol minim. avec

le drone dans 6 mois précéd.

opération, Déclaration de ni-

veau de compétence

Capteur barométriques, dis-

positif fail-crash, dispositif

d’enregistrement, vision

orientée avant, Attestation de

conception type

MAP, envoyer une copie du

MAP à la DSAC/IR, contrac-

ter une assurance

TABLE 2.2 – Tableau présentant les différents scénarios et leurs implications réglementaire

Quel cadre réglementaire? 59

L’aéronef est dit évoluer en "zone peuplée" lorsqu’il évolue :

— au sein ou à une distance horizontale inféreure à 50m d’une agglomération 7ﬁgurant

sur les cartes aéronautiques;

— à une distance horizontale inférieure à 150m d’un rassemblement de personnes

Pour les scénarios S1, S2 et S3, aucun tiers (personne étrangère à la mission) ne peut être

survolé à moins d’une distance horizontale minimale ﬁxée par la règlementation. En cas

de vol hors vue (S2), toute la zone d’évolution de l’aéronef doit être vide pour toute la

durée du vol. Pour toutes les distances de sécurité; se référer aux pages 72-73-74 du guide

Aéronefs Circulant sans Personnes à bord : activités particulières, regroupées en annexe

de se document

Un drone est dit évoluer « en vue» lorsque ses évolutions se situent à une distance du

télépilote telle que celui-ci conserve une vue directe sur l’aéronef (sans l’aide d’aucun

dispositif optique autre que ses lunettes ou lentilles de correction le cas échéant) et une vue

dégagée sur l’environnement aérien permettant de détecter tout rapprochement d’aéronef

et de prévenir les collisions.

4.2.2 Dérogations

Dans le cas d’aéronefs utilisés pour le compte de l’Etat dans le cadre de missions de

secours, de sauvetage, de douane, de police ou de sécurité civile, il est possible de s’af-

franchir de certaines dispositions, lorsque les circonstances de la mission et les exigences

de l’ordre et de la sécurité publics le justiﬁent. L’opportunité et l’ampleur de ces écarts

sont à l’appréciation du service de l’Etat pour le compte duquel la mission est à réaliser.

4.2.3 Prises de vue

Les exploitants réalisant des prises de vues aériennes doivent respecter les dispositions

de l’article D. 133-10 du code de l’aviation civile et de l’arrêté du 27 juillet 2005 portant

application de cet article.

Pour les prises de vue dans le spectre visible pour les opérateurs d’aéronefs télépilotés,

7. les agglomérations désignées sont les agglomérations ﬁgurant sur les cartes aéronautiques en vigueur

diffusées par le Service d’Information Aéronautique (SIA) aux échelles 1/500 000, 1/250 000 ou 1/100 000

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

il est convenu qu’une déclaration annuelle intervenant au moins 15 jours avant le

premier vol de prise de vue de l’année est sufﬁsante.

Pour les prises de vue dans le spectre invisible pour les opérations nécessitant l’emploi

d’appareils d’enregistrement d’images ou de données en dehors du spectre visible tels que

thermographe ou radar, une autorisation est nécessaire. Elle est délivrée, pour une durée

maximale de 3 ans, par le représentant de l’État dans le département ou le délégué du

gouvernement dans le territoire où l’utilisateur est domicilié ou par le préfet de police de

Paris pour les personnes résidant à Paris. L’avis conforme du commandant de groupement

de gendarmerie du département, du territoire ou de Paris, ainsi que du directeur zonal de

la police aux frontières est requis.

4.2.4 Vie privée - Survol de propriétés privées

Le droit à la vie privée des personnes doit être respecté. Les personnes présentes doivent

a minima être informées si l’aéronef est équipé d’une caméra ou de tout autre capteur

susceptible d’enregistrer des données les concernant.

A priori les services de l’État ne seront pas amenés à collecter des données personnelles

telles que déﬁnies par la Commission Nationale de l’Informatique et des Libertés (CNIL) 8

4.2.5 Responsabilités

L’exploitant est responsable des dommages causés par le drône et doit vériﬁer les condi-

tions dans lesquelles son activité est assurée.

Des sanctions peuvent être prises, par exemple la DGAC peut interdire ou limiter l’uti-

lisation d’un aéronef qui circule sans personne à bord, d’un type d’aéronef ou l’activité

d’un exploitant, s’il a connaissance de problème de sécurité ou en cas de non-respect des

exigences règlementaires par un exploitant ou un télépilote. L’ensemble des peines encou-

rues se trouve dans le guide de la DGAC 9. L’encadré qui suit présente quelques peines

encourues :

8. CNIL : https ://www.cnil.fr/fr/rgpd-de-quoi-parle-t-on

9. Aéronefs Circulant sans Personnes à bord : activités particulières, page 14-15

Quel cadre réglementaire? 61

— Est puni d’un an d’emprisonnement et de 75 000 ed’amende le fait d’uti-

liser un aéronef circulant sans personne à bord dans des conditions d’utili-

sation non conformes aux règles édictées en vue d’assurer la sécurité.

— Est puni de six mois d’emprisonnement et de 15 000 ed’amende le fait

pour un télépilote de faire survoler par un aéromodèle, par maladresse

ou négligence, une zone du territoire français en violation d’une interdic-

tion de survol. Les sanctions sont portées à un an d’emprisonnement et 45

000 ed’amende en cas de survol volontaire ou de refus de se conformer

aux injonctions de l’autorité administrative.

— Est puni d’un an emprisonnement et de 45 000 ed’amende le fait, au

moyen d’un procédé quelconque, de porter atteinte volontairement à l’in-

timité de la vie privée d’autrui :

— en captant, enregistrant ou transmettant, sans le consentement de leur

auteur, des paroles prononcées à titre privé ou conﬁdentiel;

— en ﬁxant, enregistrant ou transmettant, sans le consentement de celle-

ci, l’image d’une personne se trouvant dans un lieu privé.

4.3 Réglementation relative à l’aéronef

4.3.1 Enregistrement

L’enregistrement d’un drone (nouveau concept où le propriétaire enregistre l’aéronef) ne

doit pas être confondu avec la déclaration d’activités particulière (effectuée par l’exploi-

tant). Dans notre cas, exploitant et propriétaire sont une seule et même entité; le ser-

vice de l’État.

Ce qui est prévu dans ce cas est que l’exploitant peut procéder à l’enregistrement de l’aé-

ronef (en tant que propriétaire) puis à son ajout dans la déclaration d’activité (en tant

qu’exploitant) en deux étapes successives. Ou bien, dans un souci de simpliﬁcation, Al-

phaTango 10 permet à l’exploitant/propriétaire d’enregistrer son aéronef en même temps

qu’il l’ajoute dans sa déclaration d’activité.

10. Portail AlphaTango : https://alphatango.aviation-civile.gouv.fr/login.jsp

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

L’enregistrement se déroule alors comme suit :

— Tous les aéronefs dont la masse (équipements et batterie ou carburant com-

pris) est supérieure ou égale à 800g doivent être enregistrés par leur

propriétaire sur le portail AlphaTango;

— L’aéronef reçoit alors un numéro d’enregistrement de la forme UAS a-

FR-[numéro];

— La durée de validité de l’enregistrement est de 5 ans;

— Le numéro d’enregistrement doit être apposé en permanence, de façon

visible, sur l’aéronef. L’écriture (taille, police) utilisée doit permettre une

lecture à une distance de 30 centimètres, à l’oeil nu;

a. Unmanned Aircraft System

Par la suite lors de toute utilisation de l’aéronef, le télépilote doit être muni d’un extrait à

jour du registre des aéronefs civils circulant sans personne à bord (au format numérique

ou papier ) 11, et doit le présenter aux autorités en cas de contrôle.

4.3.2 Exigences relatives à la conception et à l’homologation

Pour toute information relative aux conditions techniques applicables à l’aéronef selon les

scénarios; se référer à la section 9 page 20 du guide pour les activités particulières.

Le scénario 2 (vol hors vue, hors zone peuplée, distance horizontale maximale 1km, dis-

tance verticale maximale 50m) est a priori un scénario qui peut apparaître lors des mis-

sions des différents services. La DGAC demande une homologation pour ce scénario.

Dans ce cas les services de l’État devront donc obligatoirement faire une demande

d’homologation. L’homologation prend la forme d’une attestation de conception, à de-

mander selon les modalités décrites par l’Annexe 3 du guide. Par ailleurs, certains drones

accessibles sur le marché sont déjà homologués pour ce type de scénario.

11. A la ﬁn du processus d’enregistrement d’un aéronef, un e-mail de conﬁrmation est adressé conte-

nant en pièce-jointe l’extrait du registre des aéronefs circulant sans personne à bord relatif à la machine

concernée.

Quel cadre réglementaire? 63

4.4 Réglementation relative au télépilote

4.4.1 Aspect théorique

Les télépilotes doivent détenir un certiﬁcat d’aptitude théorique de télépilote délivré

après la réussite d’un examen organisé par la DGAC 12.

La validité du certiﬁcat d’aptitude théorique de télépilote n’est pas limitée dans le temps.

Il appartient toutefois à l’exploitant d’évaluer périodiquement la nécessité de prévoir une

mise à jour des connaissances théoriques du télépilote (vis-à-vis notamment d’évolutions

de la règlementation, ou de son aptitude à lire l’information aéronautique).

Par ailleurs le télépilote doit s’assurer d’acquerir les connaissances nécessaires en matière

de :

— règlementation applicable aux aéronefs télépilotés;

— procédures du Manuel d’activité particulière de l’exploitant;

— principes techniques et de fonctionnement nécessaires au pilotage des aéronefs.

4.4.2 Aspect Pratique

Le télépilote doit suivre une formation pratique au terme de laquelle il se verra délivrer

une attestation de suivi de formation. L’attestation de suivi de formation est délivrée par

l’organisme de formation qui assure la formation pratique basique pour le ou les scénarios

considérés, après vériﬁcation de l’acquisition des compétences pratiques mentionnées à

l’annexe II de l’arrêté Formation du 18 mai 2018. Elle mentionne le ou les scénarios pour

lesquels la formation a été délivrée.

Le télépilote doit impérativement prendre connaissance de l’ensemble des restrictions 13

liées aux hauteurs, aux lieux et aux horaires de vol.

Enﬁn le télépilote doit appréhender avec soin la préparation (possible demande d’autori-

sation de survol, étude des cartes aéronautiques ...) et la réalisation du vol 14. Ces phases

12. Examen théorique : https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/examens-theoriques-bb-ulm-iulm-

telepilote-laplpplah

13. Voir Partie E page 36 du Guide

14. Voir partie F apge 47 du Guide

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

lorsqu’elles sont bien maîtrisées permettent de s’assurer à tout moment du respect de

la réglementation et de la sécurité de chacun, d’où leur importance.

4.5 Réglementation relative à l’exploitant (le service de l’État)

4.5.1 Déclaration d’activités

Le service de l’État est tenu de déclarer sur le portail AlphaTango son intention de déve-

lopper cette nouvelle activité auprès de la DSAC et doit attendre l’accusé de réception de

cette déclaration avant de commencer ses activités.

Dans cette déclaration, l’exploitant doit :

— identiﬁer les scénarios envisagés;

— identiﬁer les aéronefs utilisés ainsi que les scénarios associés et leur masse

maximale;

— identiﬁe la référence et l’indice de révision de son manuel d’activités par-

ticulières (MAP) en vigueur au jour de la déclaration;

— attester avoir satisfait à l’ensemble de ses obligations réglementaires (voir

3.5.2).

La déclaration doit être :

— renouvelée tous les 24 mois minimum

— sans délai en cas de modiﬁcations affectant les données déclarées

4.5.2 Obligations

Vis à vis des aéronefs L’exploitant doit :

— s’assurer qu’ils sont immatriculés et/ou enregistrés lorsque c’est requis;

— s’assurer qu’ils sont homologués ou, lorsqu’une homologation n’est pas requise,

s’assurer que ces aéronefs satisfont les conditions techniques applicables;

— les maintenir en état de navigabilité.

Quel cadre réglementaire? 65

Vis à vis des télépilotes L’exploitant doit :

— tenir à jour dans son manuel d’activité particulière la liste des télépilotes autorisés,

avec l’indication des aéronefs qu’ils sont aptes à piloter et des activités qu’ils sont

aptes à réaliser;

— s’assurer qu’ils sont conformes à l’arrêté Formation du 18 mai 2018;

— déﬁnir les formations complémentaires à celles ﬁxées par l’arrêté Formation du 18

mai 2018, adaptées aux opérations qu’il réalise et tenant compte des spéciﬁcités des

types d’aéronefs et des activités particulières de l’exploitant;

— évaluer périodiquement leur compétence théorique et pratique.

L’exploitant doit établir et tenir à jour un dossier pour chaque télépilote contenant no-

tamment les certiﬁcats et titres aéronautiques détenus et les justiﬁcatifs des formations

reçues et des évaluations de compétence. Sur demande, l’exploitant met ce dossier à la

disposition du télépilote concerné et des autorités.

Le Manuel d’Activités Particulières (MAP) L’exploitant doit rédiger un Manuel d’ac-

tivités particulières (MAP) décrivant les modalités de mise en oeuvre de ses obligations

règlementaires. L’exploitant doit s’assurer que le MAP est connu et mis en application

stricte par le personnel concerné.

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Le MAP contient :

— l’organisation de l’exploitant;

— la description des activités particulières (aéronefs, scénarios) ;

— les modalités de gestion des compétences des télépilotes;

— la liste des télépilotes autorisés;

— la description du processus de compte-rendu, d’analyse et de suivi d’évè-

nement a;

— les procédures générales de mise en oeuvre des aéronefs (préparation du

vol, protection des tiers au sol, procédures générales en vol);

— Pour chaque type d’aéronef : limitations, performances, procédures nor-

males et d’urgence, basées le cas échéant sur les données du manuel d’uti-

lisation, auquel il est possible de faire référence, et complétées en tenant

compte des spéciﬁcités de l’exploitant et de ses activités.

a. Voir page 34 paragraphe 16.4 du Guide

Un canevas de MAP est disponible en ligne 15

5 Quelle stratégie de déploiement?

Dans l’hypothèse où les serices de l’État se lancent dans l’acquistion de drones, cette

section propose des stratégies de déploiement qui tiennent compte de tous les paramètres

analysés dans le début de ce rapport.

5.1 La formation des agents

5.1.1 Formations pratique et théorique

Pour pouvoir piloter un drone, les agents doivent tout d’abord obtenir un certiﬁcat

d’aptitude théorique, délivré après réussite à un examen organisé par la DGAC. Toutes

les démarches à suivre sont indiquées dans le guide PPL-LAPL-BB-ULM / I-ULM

Télépilote de drone civil, disponible à l’adresse suivante :

15. Canevas à adapter : https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/drones-usages-professionnelse6

Quelle stratégie de déploiement? 67

https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/examens-theoriques-bb-ulm-iulm-telepilote-

laplpplah

Cet examen demande un investissement personnel non-négligeable 16. En effet, il est im-

pératif d’aborder des notions d’aéronautiques et de réglementation qui sont a priori tota-

lement étrangères au candidat (sauf si celui-ci est déjà passioné d’aviation ou s’apprêtait

déjà à passer cet examen). Ainsi, il est fortement recommandé de suivre des cours de

formation théorique dans un organisme reconnu par la DGAC.

Pour ﬁnir sa formation de base, le futur télépilote doit aussi recevoir une formation pra-

tique. Le télépilote ne peut pas assurer sa propre formation pratique. Il est donc im-

pératif de passer par un organisme reconnu par la DGAC. Le contenu de la formation

pratique dépend des scénarios envisagés par le télépilote et l’exploitant. Ainsi, dans le

cadre qui a été déﬁni en section 3, la formation pratique devra se concentrer sur les

scénarios S1, S2 et S3.

5.1.2 Formation complémentaire

Il existe par ailleurs la possibilité de se former dans des utilisations bien spéciﬁques du

drone. On peut citer par exemple la photogrammétrie et la thermographie.

Ces formations ont un coût et les logiciels pour l’exploitation aussi (compter 4000 epour

un logiciel de photogrammétrie).

5.1.3 L’Organisme de formation

La Fédération Professionnelle du Drone Civil tient à jour une liste de ses organismes

adhérents autorisés à delivrer une formation. Après discussion avec la DDT 23, il s’est

avéré que les télépilotes étaient très satisfaits de l’organisme par lequel ils ont été formés.

Il s’agit d’EscaDrone 17. Pour les agents basés en Eure-et-Loir, l’organisme dispose d’un

Centre de formation en région parisienne, proche de Marne-la-Vallée.

16. Témoignage d’un télépilote de la DDT 23 : "J’estime que j’ai dû investir sur mon temps libre une

centaine d’heures de travail personnel"

17. EscaDrone : https://escadrone.com/

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

5.1.4 Estimation budgétaire

Pour le repérage d’organismes de formation, il a été identiﬁé des organismes adhérents

de la Fédération Professionnelle du Drone Civil situés dans des départements limitrophes

(absence d’organismes de formation adhérents en Eure-et-Loir) ainsi que l’organisme

auquel a fait appel la DDT 23 car ils en ont été très satisfaits.

L’organisme EscaDrone, basé à Marne-la-Vallée, délivre une formation très complète qui

contient :

— formation théorique, préparation à l’examen de la DGAC;

— formation pratique, manipulation de différents drones ;

— la formation aux vols programmés;

— l’apprentissage de la réglementation relative au drone;

— l’initiation aux démarches administratives.

La formation dure 5 jours et a un coût de 2910 eHT. L’organisme offre également une

formation à la photogrammétrie sur une durée de 4 jours et pour un coût de 2160 eHT.

L’organisme France-Survol, basé à Villeherviers 41, propose également des modules

de formation théorique intéressant. Leur formation inclut 5 jours de présentiel, du E-

learning et 2 jours de révisions intensives. La formation coûte 2100 eTTC.

Leur formation pratique est délivrée séparément, elle comprend également une aide op-

tionnelle à la déclaration d’activités et à la rédaction du MAP. Cette formation coûte

3420 eTTC.

Enﬁn, l’organisme propose également une formation à la photogrammétrie sur 2 jours à

2520 eTTC, et sur 3 jours avec application à l’agriculture à 3780 eTTC.

L’organisme Drone Center, basé à Brétigny sur Orge, présent dans le département limi-

trophe de l’Essonne propose également des prestations intéressantes. Le pack théorique

+ pratique est proposé au prix de 3550 e. La formation se déroule en 5 jours (5×1

journée formation théorique + 5×1

2journée formation pratique). La formation à la pho-

togrammétrie coûte elle 2500 eet se déroule également sur 5 jours.

Enﬁn, l’organisme propose séparément une aide à la rédaction du MAP. Cette aide se fait

Quelle stratégie de déploiement? 69

sur une journée et coûte 500 e. Cet organisme propose aussi une formation à la thermo-

graphie durant 3 jours et coûtant 2000 e.

Voici un tableau récapitulatif des organismes séléctionnés :

Organisme Lieu, distance

de Chartres

Formation

pratique

Formation

théorique

Formation

photo-

grammé-

trie

Aide à la

rédaction

du MAP

Coût to-

tal (sans

et avec

photogra-

métrie)

EscaDrone

Marne-la-

Vallée, 77

107km

2910 eHT

5 jours

2160 eHT

4 jours

non

2910 e, 5

jours

5070 e, 9

jours

Drone Center

Brétigny-sur-

Orge, 91

70km

3550 e

5 jours

2500 e

5 jours

500 e

1 jour

3550 e, 5

jours

6050 e, 10

jours

France Survol

Villeherviers,

152km

3420 e

3 jours

2100 e

5 jours

2520 e

2 jours

inclus dans

form. prat.

5520 e, 8

jours

8040 e, 10

jours

5.1.5 Aide de la Chambre d’Agriculture

Pour la formation à la photogrammétrie, il est important de noter que la Chambre d’Agri-

culture d’Eure-et-Loir a proposé son aide. Effectivement, celle-ci est déjà équipée d’un

drone depuis 2015. La première utilisation était l’aide à la fertilisation azotée des champs.

Ces missions nécessitent le traitement d’image et donc le recours à la photogrammétrie.

Ainsi, certains agents de la Chambre d’Agriculture maîtrisent la photogrammétrie et le

logiciel Pix4D.

La Chambre d’Agriculture a donc proposé que ses agents maîtrisant la photogrammétrie

puissent former les futurs télépilotes. Ceci représente une économie non-négligeable. Elle

a également proposé son aide pour la rédaction du MAP.

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

5.2 Organisation au sein des services de l’État

Sous réserve de la création d’une adresse mail générique (du type mission.drone@eure-

et-loir.gouv.fr) à l’attention de l’ensemble des télépilotes (comme l’a fait la DDTM 34),

il est proposé de procéder de la manière suivante :

FIGURE 2.6 – Proposition de Logigramme

Dans la suite de cette section est proposé un type de formulaire de demande dont il est

question dans le logigramme ci-dessus. Ce formulaire demande notamment au service

désireux de réaliser une mission drone des précisions sur :

Quelle stratégie de déploiement? 71

— la zone observée pour une éventuelle demande d’autorisation (zone peuplée);

— la surface à observer, nécessaires pour prévoir le nombre de batteries qui seront

utilisées;

— l’analyse de photos et/ou vidéos qui prendra du temps supplémentaire de traite-

ments de données aux agents et qui demande donc une organisation a posteriori.

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

DEMANDE D’UNE MISSION DRONE

Ce formulaire doit être adressé avec un préavis de 15 jours ouvrables et doit être

transmis avec une carte de la zone.

DEMANDEUR

Service / Unité / Bureau sollicitant la mission :

Personne à contacter

NOM : Prénom : Téléphone :

adresse mail :

MISSION

Date de la mission (JJ/MM ou "à déﬁnir") :

Lieu de la mission :

Zone peuplée (oui/non) : Surface devant être observée (es-

timation) :

Photo/Vidéo :

Description (préciser la personne présente lors de la mission et le contenu de la mission) :

Date de la demande :

Signature :

Vu le

Par :

Quelle stratégie de déploiement? 73

5.3 Le matériel - drone et capteurs

Les modèles de drone sélectionnés ont été retenus selon trois critères;

— leur polyvalence (photogrammétrie, prise de vue...) ;

— l’homologation nécessaire pour le scénario S2;

— leurs performances techniques.

Le capteur sélectionné est le capteur actuellement sur le marché offrant la plus grande

polyvalence (capteur multispectral) et la meilleure résolution.

Le premier scénario envisage une mutualisation des moyens dès la formation du per-

sonnel. En effet, en regardant la répartition des missions entre les différents services,

il paraît pertinent de former un agent dans chacun des services suivant; UD DREAL,

AFB/ONCFS, DDT.

Cependant, dans ce qui pourrait s’apparenter à une phase d’appropriation de ce nouvel

outil, il peut être envisagé de ne former des agents que dans un seul et unique service;

le SGREB. Ceci permettrait d’abord aux agents et au service de bien cerner l’usage du

drone, et ensuite de bien appréhender une future mutualisation avec l’AFB/ONCFS ainsi

qu’avec l’UD DREAL. C’est dans cette optique, qu’est proposé le deuxième scénario.

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Quelle stratégie de déploiement? 75

5.4 Scénarios Envisageables

Organisation

Nombre d’agents formés 3

Nombre de Drone 2

Services concernés

— AFB/ONCFS

— UD DREAL

— DDT-SGREB

Formation

Organisme de Formation Drone Center

jours.homme nécessaires à la formation 15

jours.homme nécessaires au passage de l’examen 3

Formation Photogrammétrie Assurée par agents Chambre d’agriculture

Matériel

Drone

— DJI Phantom 4 RTK (homo-

logué S2)

— Parrot BeBop Pro Thermal

(homologué S2)

Capteur Parrot Sequoia+

Logiciel Photogrammétrie DJI Terra Pro

Coût

Coût de formation 10650 e

Coût d’acquisition des drones DJI 7550 e, Parrot 1800 e

Coût capteur Sequoia+ 3200 e

Logiciel Photogrammétrie Inclus dans le prix du DJI

Ordinateur de Bureau +1000 e

Total 23 300 e

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Organisation

Nombre d’agents formés 2

Nombre de Drone 1

Services concernés — DDT-SGREB

Formation

Organisme de Formation Drone Center

jours.homme nécessaires à la formation 10

jours.homme nécessaires au passage de l’examen 2

Formation Photogrammétrie Assurée par agents Chambre d’agriculture

Matériel

Drone DJI Phantom 4 RTK (homologué S2)

Capteur Parrot Sequoia+

Logiciel Photogrammétrie DJI Terra Pro

Coût

Coût de formation (sans déplacement ni logment) 7100 e

Coût d’acquisition du drone 7550 e

Coût capteur Sequoia+ 3200 e

Logiciel Photogrammétrie Inclus dans le prix du DJI

Ordinateur de Bureau +1000 e

Total 18 850 e

Synthèse 77

6 Synthèse

Cette étude a été réalisée pour examiner les potentielles utilisations de drones dans les

services de l’État en Eure-et-Loir. L’étude a été concentrée sur les besoins existants, la

réglementation en vigueur et les éventuelles stratégies de déploiements. Les utilisations

de drones représentent des journées de travail pour les agents et sont donc des opportunités

pour "rentabiliser" l’investissement des services dans cet outil de travail. Regardons donc

les chiffres :

➣459 jours.homme comptabilisés sur 19 missions différentes sans compter la gestion

de crise

➣120 jours.homme pour la DDT (≃26%);

➣159 jours.homme pour l’AFB/ONCFS (≃35%);

➣180 jours.homme pour l’UD DREAL (≃39%);

➣15 jours.homme nécessaires à la formation de télépilote pour un agent de

l’AFB/ONCFS, un agent de la DDT et un agent de l’UD DREAL.

Il est a priori fort peu probable que les drones, et donc les agents télépilotes, soient mo-

bilisés sur l’ensemble de ces missions chaque année. Il ne faut pas oublier par ailleurs

que ces chiffres ne contiennent pas ceux liés à la gestion de crise. En imaginant donc

que les drones soient demandés sur seulement 50% des missions, cela représente 230

jours.homme, et donc autant d’opportunités de mettre à proﬁt les formations des nou-

veaux agents télépilotes.

De plus, il est important de noter la difﬁculté pour quantiﬁer le potentiel gain de temps

apporté par l’utilisation de drone. Tout d’abord parce que le drone doit être vu avant tout

comme un outil précieux qui permet à tout moment d’obtenir des mesures inédites et d’en

consolider certaines. Il offre surtout la possibilités de mettre en place des suivis réguliers

et récurrents à moindre coût. Ensuite, de par ce gain de qualité et précision le drone amè-

nera certains agents à passer plus de temps sur le terrain. Pour la surveillance de coupe

sous RAA par exemple, le drone permettra de faire des suivis et des surveillances plus

précises et plus justes (pour le moment un simple tour en voiture des parcelles est effec-

tué et est donc parfois peu ﬁable). Pour la gestion d’inondations par exemple; jusqu’à

maintenant les agents se postaient à un point et prenaient des photos, avec le drone ils

pourraient effectuer des vols pour mieux cartographier donc ils resteront plus de temps

sur le terrain.

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Le drone n’est pas un gadget. L’exploitant, le télépilote et l’aéronef forment une équipe

qui doit respecter avant, pendant et après le vol une réglementation très stricte. L’exploi-

tant doit déclarer son activité à la DGAC et rédiger un Manuel d’Activités Particulières

qui décrit les modalités de mise en oeuvre de la ﬂotte, l’équipe de télépilotes, les scé-

narios réalisables etc. Le Télépilote quant à lui doit préparer son vol conformément à

la réglementation aéronautique en fonction du scénario dans lequel il va évoluer, il doit

faire les démarches nécessaires pour obtenir des autorisations de survol dans certains cas,

déclarer bien en avance les prises de vue dans les spectres visible et invisible ... Cette

réglementation a pour but de rendre l’utilisation efﬁcace en s’adaptant à l’environnement

de l’aéronef, et assure en même temps une sécurité pour tous.

La réglementation ainsi que le coût nécessaire à l’obtention puis l’exploitation de cette

technologie peuvent freiner aux premiers abords. Cependant le drone offre une certaine

indépendance aux services de l’État ce qui est non négligeable lorsque l’on prend me-

sure des coûts pour engager des prestataires et les mauvaises surprises qu’il peut y avoir

au moment de la restitution des données. En effet le drone permet des suivis réguliers

et récurrents à moindre coût dans des domaines extrêmement variés; urbanisme, police

de l’environnement, gestion de crise ... C’est bien évidemment l’expérience et les retours

d’expérience qui permettront aux (futurs) agents formés de pouvoir s’adapter à tout type

de missions et de terrain. C’est avec cette apprentissage que le drone, bien que mobili-

sable dans un champ très large de missions, permettra de répondre à des problématiques

de plus en plus précises.

Par ailleurs, il est important de noter que cette technologie s’améliore sans cesse ainsi que

les outils qui l’équipent. Ainsi, le télépilote aura toujours la possibilité de se former à de

nouveaux outils, acquérir de nouvelles compétences et donc innover dans ses méthodes de

travail. Le drone ne peut donc évoluer que pour devenir un atout précieux pour les agents

dans leur travail et pour les services de l’État dans leur gestion des territoires. Néanmoins

il relève de la discrétion de chacun d’en faire un bon usage.

Bon vol!

Bibliographie - Liens Utiles - Contacts 79

7 Bibliographie - Liens Utiles - Contacts

7.1 Relatif à la DDTM 34

—club de l’innovation

intra.ddtm-herault.i2/equipe-fonctionnement-a8066.html

—mission drone

intra.ddtm-herault.i2/mission-drone-r3133.html

7.2 Relatif à la réglementation en vigueur (au mois de juillet 2019)

—Usage de drones professionnels - DGAC

ecologique-solidaire.gouv.fr/drones-usages-professionnelse0

—Loi Drone

legifrance.gouv.fr/eli/loi/2016/10/24/DEVX1614320L/jo/texte

—Démarche en ligne AlphaTango

ecologique-solidaire.gouv.fr/alphatango

7.3 Relatif à la formation de télépilote

—Examen théorique télépilote

ecologique-solidaire.gouv.fr/examens-theoriques-bb-ulm-iulm-telepilote-

laplpplahe0

—Drone Exam (site qui permet de s’entraîner à l’examen théorique)

drone-exam.fr

—EscaDrone :

escadrone.com

—France-Survol :

france-survol.com/index.php

—Drone-Center

drones-center.com

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

7.4 Relatif à l’aéronautique

—Cartes VAC

www.sia.aviation-civile.gouv.fr

—Météo Aéronautique

aviation.meteo.fr

—Cartes OACI

www.geoportail.gouv.fr

7.5 Personnes Contactées

Agent Poste Service

Alain CARLIER Chef de Service ONCFS

Patrick CARRIGNON Gestion durable de la forêt DDT28/SGREB

Steven CORS Inspecteur de l’Environnement UD DREAL

Raphaël DÉMOLIS Chef de Service DDT28/SGREB

Caroline DOLACINSKI Architecte des Bâtiments de France DRAC

Laurence DUCASSE Chef de Bureau DDT28/SAUH/ANAH

Anne-Laure DUFRETEL Adjointe au Chef de Service DDT28/SEA

Jean-Luc FANTHOU Chef de pôle Forêt et Aménagement Foncier DDT 23

Sandrine FOURCHER-MICHELIN Responsable de bureau DDT28/SAUH/BADS

Anne-Gael GUERIN Chef de Service DDT28/SERBAT

Stéphane MAGNIOL Chef de Bureau DDT28/SERBAT/BSD

Chrystel MEAR Chargée de mission Développement Durable DDT28/SCTP

Isabelle MESLIER Chef de Service DDT28/SG

Philippe REIS Délégation à la Mer et au Littoral DDTM 34

Simon ROUSSIGNE Adjoint au chef de bureau DDT28/SAUH/BPAT

Philippe SAGETTE Chargé de Gestion de Crise DDT28/SERBAT

Thierry SAVOIE Chef de service CA2E Chambre d’Agriculture

Jean-Luc TENIN Gestion pluviale et d’hydraulique agricole DDT28/SGREB

Organisation du Stage et ressenti 81

8 Organisation du Stage et ressenti

Sur toute la période du mois de juillet monsieur Démolis a été mon tuteur de stage au

sein de la Direction Départementale des Territoires de l’Eure-et-Loir dans le Service de

la Gestion des Risques, de l’Eau et de la Biodiversité. L’objectif de ce stage était double :

— étudier les opportunités d’utilisation des drones dans les différents services de la

DDT;

— appréhender le travail d’un IPEF.

Le premier objectif a été légèrement modiﬁé. En effet, après une semaine de stage, le

Directeur des Territoires a souhaité que je fasse au Comité de Direction une présentation

au sujet de l’usage potentiel des drones dans une DDT. Le directeur a ensuite évoqué

cette présentation ainsi que l’étude que je faisais au Comité de Direction Préfecture. A la

suite de ce Comité de Direction, on m’a demandé d’élargir mon étude à d’autres services

de l’État, notamment l’AFB/ONCFS ainsi que l’UD DREAL. J’ai trouvé cette demande

très gratiﬁante et intéressante puisqu’elle nécessitait de ma part d’interagir avec des ser-

vices de l’État encore plus variés. Effectivement ma méthode de travail consistait pour

une grande partie d’entretiens avec les différents agents des services de l’État; urbaniste

paysagiste de l’ État, architecte des bâtiments de France, inspecteur de l’ environnement...

Finalement, ce stage aura été pour moi l’occasion de découvrir des services de l’État

extrêmement intéressants et d’interagir avec des agents agissant dans des domaines très

variés. Les services en question mènent les politiques territoriales du gouvernement et

sont souvent peu connus des citoyens. Pourtant ils ont un impact concret et sensible sur

la société dans laquelle nous vivons. Pouvoir approcher ces agents et les services dans

lesquels ils travaillent m’a apporté une meilleure connaissance de l’organisation de notre

État et de ses territoires, et m’a rendu encore plus déterminé à travailler à l’élaboration de

politiques publiques.

Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en

Eure-et-Loir

Analyse de sensibilité et simulation

thermique dynamique sur les bâtiments

de gare

Dans le cadre de ma deuxième année au sein du département de Génie Civil et Envi-

ronnemental de l’ENS Paris-Saclay j’ai eu à réaliser un projet d’initiation à la recherche

(PIR) pendant le premier semestre. Suite à une série de conférences visant à établir un lien

entre jeunes élèves de l’école et anciens élèves, j’ai découvert l’entreprise Arep. C’est au

sein de son bureau de recherche et développement spécialisé en modélisation numériques,

L’hypercube, et sous la supervision d’Édouard Walther, que j’ai donc souhaité réalisé ce

projet. Cette expérience a été un premier contact avec le monde du travail, dans une en-

treprise investie dans des projets de grandes infrastructures.

Le rendu du projet devait prendre la forme d’une proposition d’article de recherche en an-

glais. C’est ce rendu, proposant des pistes de réﬂexion pour diminuer les temps de calcul

nécessaires aux simulations thermique dynamiques, qui est présenté dans ce qui suit.

Sommaire

1 Introduction ................................. 84

2 Morris Sensitivity Analysis ......................... 84

3 Sensitivity of direct outputs to material, glazing and airﬂow features . . 86

4 Sensitivity of indirect outputs to material, glazing and airﬂow features . 87

5 Impact of material properties uncertainty on outputs .......... 89

6 Concluding Remarks ............................ 91

84 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments de gare

Abstract

Building Energy Simulation (BES) and Comfort analysis are important tools in civil engi-

neering when it comes to complex structures such as train stations. However, the simula-

tions involved may be a very long process. It is therefore relevant to conduct a sensitivity

analysis on models before running a complete BES and analysing comfort, as it will re-

duce the number of relevant parameters taken into account. Yet, few sensitivity analyses

have been carried out on a large number of parameters.

The aim of this study is to take into account every parameter (≃754) likely to impact the

comfort and the results of the BES. It is shown that there are very few relevant parameters.

Moreover, there is no need to calculate thermal indexes when studying comfort once the

relevant parameters are known.

Key Words

Sensitivity Analysis, Morris Sensitivity Analysis, Building Energy Simulation, Comfort,

Thermal Indexes,

1 Introduction

The intent here is to ﬁnd whether the comfort (indirect output), the temperature and the

relative humidity (direct outputs) in the station are sensitive to the same inputs, and how

the uncertainty for these inputs impacts our results. The sensitivity analysis in common

buildings has been thoroughly studied (SCHALBART,2018; WOLOSZYN,2018), however

often with a limited number of parameters. Hence the aim of this paper; running several

Morris sensitivity analysis on a signiﬁcant number of parameters (= 754), forming the

originality of the present work. The sensitivity analysis has been ran using the whole

features of the materials, the ventilation setup and the characteristics of the windows used

to design the Strasbourg Train Station.

2 Morris Sensitivity Analysis

The aim of Sensitivity Analysis is to reduce the uncertainty of a model output by prioriti-

sing the model inputs. The Morris Sensitivity Analysis (Morris SA) is a one-step-at-a-time

method (OAT) (B. IOOSS,1994). The aim is to change only one parameter in each run

and to calculate the elementary effect, each parameter can take a clearly deﬁne number

Morris Sensitivity Analysis 85

of different values which is called the number of levels. In what follows, four levels were

used. This approach consists in calculating or estimating the partial derivatives of the mo-

del at a speciﬁc point (elementary effects method), Figure 1 illustrates this principle. It

is then possible to calculate the mean µand the standard deviation σ(MORRIS,1991),

Figure 2 shows how results are shaped.

FIGURE 3.1 – Morris Screening

(E.WALTHER,s. d.-b)

FIGURE 3.2 – Graph linking µ∗and σ

(E.WALTHER,s. d.-b)

This visualisation allows to discuss if the effect of a parameter is negligible, linear and

additive, non-linear or involved in interaction with other inputs. The larger the mean of

the absolute value of the elementary effects of a parameter, denoted µ∗, is, the greater the

inﬂuence of this parameter on the model will be. The standard deviation, denoted σ, is

an indicator of the dispersion of results and provides an insight on potential non-linearity

and/or coupled phenomena. In a ﬁrst approach, the sufﬁcient amount nof runs needed to

conduct accurate SA is :

n= 10 ×(d+ 1)

where d is the number of parameters.

The development to follow will discuss the use of this analysis on the results of several

BES, conducted with Energy+ v8.3.0 (E+) on Strasbourg’s Train Station. As previously

said, 754 inputs were assessed in order to be as exhaustive as possible, and to identify

potential interactions between parameters.

86 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments de gare

3 Sensitivity of direct outputs to material, glazing and

airﬂow features

Train stations are transit zones where visiting ﬁgures are highly variable. Moreover, train

stations are semi-opened places, making comfort difﬁcult to ensure. It is therefore relevant

to assess the comfort at different periods of the year in such places in order to improve

the design. The sensitivity of direct outputs such as the ambient temperature, the radiant

temperature, and the relative humidity, denoted respectively Ta,Trand HR, was ﬁrst

assessed.

Using the results of BES ran with E+, the sensitivity of Ta,Trand HR to the overall

features of the train station was assessed. The AS was ﬁrstly conducted on the 754 inputs,

this means that n= 10 ×(754 + 1) = 7550 simulations were conducted. In order to

have a readable graph only the inputs having an effect superior to the bounds proposed

hereinafter were taken into account : µ > 0.3C for Ta, Trand µ > 0.6% for HR. The

results obtained are presented below in Figures 3, 4 and 5.

FIGURE 3.3 – Morris SA performed on

FIGURE 3.4 – Morris SA performed on

FIGURE 3.5 – Morris SA performed on RH

Sensitivity of indirect outputs to material, glazing and airﬂow features 87

It is essential to notify that the inputs presented in this paper are denoted differently as

they are in the Input Data File (IDF) given to Energy+ (EnergyPlus™ Version 8.8.0 Do-

cumentation, Input Output Reference,2017). In order to present readable graphs the name

of the inputs were shortened. These graphs allow us to say that the following inputs have

an impact whereas the other inputs have no effects :

—T hickness1001 (stands for the thickness of the slab under the ﬂooring);

—T46 (stands for the transmittance of the glazing used on the roof of the Atrium );

—ϵ46,IR (stands for the infrared hemispherical emissivity of the glazing used on the

roof of the Atrium);

—ϵ3,IR (stands for the infrared hemispherical emissivity of the glazing used on the

side of the Atrium);

—A003 (stands for the solar absorptance of the ﬂooring of the Atrium);

—T3(stands for the transmittance of the glazing used on the side of the Atrium) .

Finally this screening phase demonstrates that several hundred inputs (748) have no in-

ﬂuence on the direct outputs. In what follows, it shall be assessed if the inputs previously

identiﬁed as inﬂuential are the same which affect the comfort of visitors (that is, indirect

outputs).

4 Sensitivity of indirect outputs to material, glazing and

airﬂow features

In this section, the impact of the features of the station on indirect outputs, namely the

comfort indexes, is examined.

When it comes to comfort, it is highly relevant to calculate thermal indexes based on

the energy balance of the human body. In this study both the Physiologically Equivalent

Temperature (PET) and the Standard Effective Temperature (SET) were calculated. These

indexes are a combination of balance equations and refer to a standardised indoor setting,

using important meteorological and thermo-physiological parameters. It is therefore pos-

sible to access the mean skin temperature, the core temperature and the skin wetness. PET

is then deﬁned to be equivalent to the air temperature that is required to reproduce in a

standardised indoor setting and for a standardised person the core and skin temperatures

88 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments de gare

that are observed under the conditions being assessed (A. MATZARAKIS,2008). Figure

6 illustrates this model :

FIGURE 3.6 – Real and Standardised settings that reproduce the same skin wetness and

skin temperature (E.WALTHER,s. d.-a)

The computation was performed on both thermal comfort indexes as, up to now, there is

no consensus about which one should be used. However, as stated previously, calculating

the PET and the SET requires a signiﬁcant time of calculation and therefore might not be

cost effective. The aim of what follows is to assess if the direct and the indirect outputs

are sensitive to the same inputs.

The PET and the SET were ﬁnally calculated thanks to the results of our 7550 simulations.

Then Morris SA were conducted using these thermal indexes as outputs. Here are our

results :

FIGURE 3.7 – Morris SA performed on

P ET

FIGURE 3.8 – Morris SA performed on

SET

These results show that the direct and the indirect outputs are sensitive to the same Station

features, even though effects seem to be greater on the SET. Given that the SET is known

to be the most comprehensive (TINZ,2011), it also might be the most sensitive. The

conclusion is twofold :

Impact of material properties uncertainty on outputs 89

— identifying what affects the most the direct outputs, comes down to identify what

affects the most the indirect outputs ;

— there is no need to calculate the PET and the SET.

5 Impact of material properties uncertainty on outputs

In this section, the uncertainty of the Inputs is assessed, especially as the material pro-

perties are concerned (transmittance, emissivity, absorptance ...). Indeed, in retroﬁtting

of existing buildings, the materials’ properties are seldom well characterized. It is hypo-

thesised that the 6 parameters identiﬁed previously are distributed according to a normal

distribution. Therefore Morris SA has to be adapted because it requires values to be uni-

formly distributed. Each parameter, denoted with the subscript i,was converted into a

(4 ×1) vector, Xi= (x1,i, x2,i, x3,i, x4,i)t, using a normal distribution. The mean of this

distribution, µi, was deﬁned as the original value of the parameter and the standard devia-

tion, σi, was arbitrarily deﬁned. Python was used to generate the cumulative distribution

function, denoted F, and the inverse of the cumulative function, denoted F−1.The new

values were chosen as presented below :

∀i∈ {1, ..., 6}Xi=µi−→ Xi=





x1,i|F−1(5) = x1,i

x2,i|F−1(35) = x2,i

x3,i|F−1(65) = x3,i

x4,i|F−1(95) = x4,i







Figure 9 illustrates how the values of the parameters were chosen, allowing to work with

the same numerical procedure and to integrate a distribution into Morris’ method :

FIGURE 3.9 – The values selected correspond to 5%, 35%, 65%, 95% of the distribution.

A sampling scheme is then generated using the four subscripts of each parameters ( 4

90 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments de gare

levels −→ 4 subscripts). Once the scheme developed, every subscripts was matched to

its corresponding value of the corresponding parameters. The elementary effects method

(F. CAMPOLONGO,2011 ; MORRIS,1991) as in the Morris sensitivity analysis was even-

tually used. Here are our results :

FIGURE 3.10 – Elementary Effects SA

performed on Ta

FIGURE 3.11 – Elementary Effects SA

performed on Tr

FIGURE 3.12 – Elementary Effects SA performed on RH

These results show that the outputs are still highly impacted by the same parameters

even when a normal distribution (instead of the uniform distribution used in a Morris

SA) is used. Furthermore, these results reveal higher standard deviation than previously

observed. Whereas parameters seemed to have isolated impacts when assessed with the

Morris SA, the same parameters seem to be implied in interactions with each other and/or

to have non-linear effects when assessed with a normal distribution to generate a sampling

scheme.

Concluding Remarks 91

6 Concluding Remarks

The ﬁnal results shown that the BES is highly sensitive to the optical parameters of the

building envelope. Moreover, the sensitivity analysis demonstrated that the direct and in-

direct outputs are impacted by these very same parameters in a consistent manner, thus

making the calculation of indexes such as the PET and the SET optional. However, the

implication of these parameters remains unclear. Indeed, the interactions between para-

meters seem to be hidden or revealed depending on the sensitivity analysis that has been

ran. Further investigations are needed to be completely unequivocal. In the present work,

four levels were used to perform the sensitivity analysis. Finally, further investigations on

the adaptation of the method could be lead on an increased number of levels in order to

assess the relevance of the method.

92 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments de gare

Modélisation de ﬂux piétons en gare

Enthousiasmé par la dynamique de travail mise en place lors du Projet d’Initiation à la

Recherche effectué chez Arep, nous avons décidé avec mes collègues de continuer notre

collaboration. C’est ainsi qu’ils m’ont proposé de revenir effectuer un stage de master 1,

toujours au sein de L’hypercube et cette fois-ci en collaboration avec le bureau d’études

des ﬂux. Ce dernier souhaitait faire évoluer son modèle de ﬂux piétons en gare. Étant

donné que la majorité de l’expertise en modélisation numérique est développée à L’hy-

percube, ils se sont adressés à ce dernier. Cette collaboration coïncidait avec mon arrivée

et j’ai souhaité me greffer sur le projet.

Le mémoire qui suit présente donc les étapes de l’élaboration de l’outil de modélisation

de ﬂux piétons. Tout en étant investi dans des projets de transports de biens et de per-

sonnes, ce travail m’a permis d’approfondir mes connaissances dans des domaines des

mathématiques peu traités lors de ma formation à l’ENS.

Sommaire

1 Introduction ................................. 94

2 Analyse des solutions exitantes et choix du modèle ............ 96

3 Stucture de l’algorithme et traitement des données d’entrée .......103

4 Premiers résultats ..............................111

5 Conclusion ..................................122

94 Modélisation de ﬂux piétons en gare

1 Introduction

Le déplacement des personnes dans les villes est un enjeu important du développement

du territoire. Le développement soutenable des grandes agglomérations et des zones péri-

urbaines doit inévitablement passer par l’aménagement de transports en commun. Ces

transports sont soumis à des contraintes variables (utilisation en heure creuse/heure de

pointe, modiﬁcation de l’environnement extérieur etc.) et doivent donc être capables de ré-

pondre à une demande instable. Par ailleurs, lorsque le développement des transports s’ef-

fectue dans un paysage urbain déjà bien installé, il est fréquent d’assister à la croissance

de réseaux souterrains. Cet enfouissement des transports apporte de nouvelles contraintes

(renouvellement de l’air, ﬁltration des particules, évacuation en cas d’incident ...). De

plus, il est pertinent de noter que nombre de gares sont investies par des commerces qui

peuvent parfois transformer des couloirs en galeries marchandes. Il devient alors indis-

pensable d’étudier le comportement des usagers de la gare et leur parcours au sein de

celle-ci. Enﬁn, il est tout aussi important de connaître les capacités de la gare en termes

de débit, de contenance et d’évacuation. Effectivement, pour assurer une circulation ﬂuide

dans la gare il est nécessaire d’étudier les débits acceptables ainsi que la contenance maxi-

male. De plus, pour garantir la sécurité des usagers, il est primordial de savoir combien

de temps un usager peut rejoindre une issue depuis la position qu’il occupe.

La simulation de ﬂux piétons dans une gare est donc un outil important pour aider aux

dimensionnement en phase projet par exemple, ou encore aider à la mise en place de plans

d’évacuation. La dynamique des foules est une science passionnante, proposant une mul-

titude de modèles. Cependant, tous les modèles ne permettent pas de simuler n’importe

quelle situation, l’adaptabilité de ceux-ci est restreinte. Tout l’enjeu des modèles numé-

riques de ﬂux de piétons est de pouvoir reproduire le comportement d’êtres humains en

foule grâce à des règles mathématiques simples (« simples » dans le sens où ils simpli-

ﬁent nécessairement la réalité, un humain ne pouvant être déﬁni par des règles mathéma-

tiques). La contrainte principale lors du développement de tels modèles est de pouvoir

effectuer des calculs dont la résolution peut s’effectuer en un temps acceptable. Il paraît

par exemple raisonnable de ne pas développer nécessitant plusieurs heures de calculs pour

quelques secondes de simulation. Cette contrainte d’efﬁcacité implique des choix sur le

type de modèles que l’on souhaite développer. Dans la phase de préparation du stage, il a

donc fallu se plonger dans la littérature pour déterminer quel type de modèle serait le plus

judicieux au vu des besoins d’AREP.

Finalement, un modèle ne pouvant être validé que par des observations empiriques de

Introduction 95

comportement de foule, ce dernier doit être « sufﬁsamment » paramétrable et adaptatif

aﬁn de permettre sa bonne calibration.

Simplicité de code, efﬁcacité de calcul et pertinence des résultats, voici les notions qui ont

dirigé la mise en place d’un nouvel outil de simulation de ﬂux de passagers pour AREP,

bureau d’architecture et d’ingénierie de la SNCF.

En 2017 est apparue l’existence d’un nouveau besoin pour AREP. En effet, l’entreprise

était déjà dotée de deux outils de simulation de ﬂux piétons :

— un outil sous forme de ﬁchier de calcul excel, qui donne accès à trop peu d’infor-

mations en vu d’un post-traitement et d’analyses ﬁnes;

— le logiciel LEGION 1qui est un outil mondialement utilisé, mais qui nécessite une

très grande capacité de calculs.

Ainsi, l’objectif pour AREP est d’avoir un outil complémentaire à ceux déjà existant et

qui permettra donc; d’enrichir les résultats, modéliser/analyser les déplacements piétons

en gare. L’outil doit répondre aux spéciﬁcations suivantes :

— traitement rapide des données d’entrées;

— manipulation facile;

— visualisation graphique des résultats.

Ce cahier des charges, associé aux exigences de simplicité de code, d’efﬁcacité de cal-

cul et de pertinence de résultats, ont permis d’orienter rapidement les recherches pour le

développement de l’outil. Dans ce qui suit seront présentées les différentes étapes de la

création de ce nouvel outil, ainsi que les premiers résultats, assez encourageant pour la

suite.

Finalement, outre le développement d’un nouvel outil, l’enjeu pour AREP était aussi de

développer des synergies métier. En effet, la demande de l’outil a d’abord été formulé

par le département Flux & Mobilités d’AREP et L’Hypercube, département de recherche

appliquée, avait pour mission de répondre à cette demande. Le stage a donc permis de

mettre en relation des connaissances métier en modélisation de ﬂux et les compétences en

recherche appliquée et notamment en méthodes numériques de L’hypercube. C’est donc

un projet commun entre deux entités différentes d’AREP qui a permis la réalisation de ce

stage.

1. Bentley Software : https ://www.bentley.com/fr/products/brands/legion

96 Modélisation de ﬂux piétons en gare

2 Analyse des solutions exitantes et choix du modèle

2.1 Choix de modèle

La dynamique des foules est un sujet de mathématiques appliquées foisonnant. Sa modé-

lisation s’avère fort utile pour de nombreux domaines comme les transports en commun,

la gestion du territoire ou encore la planiﬁcation urbaine (PECOL,2011). Il existe une

grande varitété de modèles qui peuvent se classer essentiellement en deux catégories, qui

les distinguent selon leur manière de représenter la foule; les modèles macroscopiques

(mouvements décrits par Équations aux Dérivées Partielles) et les modèles microsco-

piques (mouvements décrits par Équations Différentielles Ordinaires) (REDA,2017). Une

autre classiﬁcation peut se faire selon le type de dynamique régissant le mouvement. Si

deux piétons différents se trouvant dans une situation identique ont le même mouvement,

alors il s’agit d’une dynamique dite déterministe. Sinon, il s’agit d’une dynamique sto-

chastique. Dans la suite, il sera expliqué que le modèle développé lors de ce stage répond

à une dynamique stochastique.

2.1.1 Les Automates Cellulaires

Les automates cellulaires sont des grilles régulière de cellules qui sont dans un état. Cet

état est susceptible d’évoluer au cours du temps et est choisi parmi un ensemble, par

exemple [Vide, Occupée, Obstacle] dans notre cas. Comme nous le verrons dans la suite,

l’état d’une cellule se propage de proche en proche dans le temps, en fonction de son

voisinnage . Ici, une cellule occupée représente un piéton.

Les automates cellulaires sont le sujet d’un nombre important de recherches sur les mou-

vements de foule et les modélisations de trafﬁc. Les premiers travaux (BIHAM et al., 1992;

NAGEL & SCHRECKENBERG,1992; SCHRECKENBERG et al., 1995) datent maintenant

de plus d’une vingtaine d’année et cette branche de la modélisation de foule commence

donc a être fournie. Néanmoins, les modèles continus basés sur le principe de « forces

sociales » connaissent un plus grand succès (HELBING & MOLNÁR,1995) (HELBING,

2001). Dans ces modèles, les piétons sont des particules dont les mouvements sont régis

par des forces (dites « sociales ») menant à des équations similaires à celles de la méca-

nique Newtonienne. C’est justement cet aspect continu ainsi que la résolution d’équations

qui rendent ces modèles onéreux en temps de calcul. Les automates celluaires que l’on

Analyse des solutions exitantes et choix du modèle 97

a développé par la suite permettent de traiter chaque piéton simultanément et indépen-

damment et donc d’avoir recours au calcul parallèle, réduisant ainsi les temps de calcul.

De plus, les automates cellulaires développés permettent une simulation en 2D. Dans la

section qui suit, on s’intéresse au FFCA, ou automate cellulaire à champs de sol.

2.1.2 Floor Field Cellular Automata

L’objectif principale lors de la modélisation de mouvements de foule est de pouvoir

reproduire des phénomènes de groupe que l’on observe dans la réalité, comme la for-

mation de lignes, des engorgements, etc. Les Floor Field Cellular Automata permettent

de recréer des interactions longue-portée (i.e. ce qui se passe en amont du piéton et qui

n’est pas dans son environnement direct l’inﬂuence) entre piétons via des ﬂoor ﬁeld,

littéralement des « champs de sol ». Dans le modèle développé et présenté ci-après,

nous proposons d’utiliser deux champs de sol distincts; le Static Floor Field ou SFF, et

le Dynamic Floor Field ou DFF. Le fonctionnement de chacun de ces champs et leur

impact sur la simulation seront présentés dans ce qui suit. Il est essentiel de retenir que

ces champs peuvent être continus ou discrets. Dans le cas présent, nous avons utilisé des

champs discrets pour simpliﬁer l’écriture de code.

De plus, il est important de noter que le DFF est un champ qui, comme son nom l’indique,

est dynamique. c’est-à-dire qu’il évolue avec le mouvement des piétons. Il est aussi

soumis à une diffusion et à un déclin (diffusion and decay (BURSTEDDE et al., 2001)),

qui sont des paramètres modiﬁant le comportement des piétons et sur lesquels l’opérateur

peut inﬂuer. Ces paramètres ainsi que d’autres qui seront présentés plus tard, permettent

ﬁnalement à l’automate cellulaire de représenter assez ﬁdèlement les phénomènes de

groupe (BURSTEDDE et al., 2001). En effet, dans ce type d’automate cellulaire les

piétons qui se déplacent sur une grille laissent une trace en modiﬁant le DFF. Cette trace

inﬂuence ensuite les autres piétons, en les rendant plus ou moins sensibles aux trajets

déjà empruntés.

2.2 Principe de fonctionnement du Floor Field Cellular Automata

Dans cette section, on présente le principe général permettant de simuler un ﬂux de pié-

tons dans un espace grâce au Floor Field Cellular Automata. Le modèle qui a été déve-

loppé est un modèle dans lequel les piétons peuvent se déplacer uniquement de proche en

98 Modélisation de ﬂux piétons en gare

proche à chaque pas de temps (vmax = 1). Autrement dit, à chaque itération, un piéton

n’a la possibilité de se déplacer que dans les cases immédiatement voisines.

2.2.1 Déplacement

Comme on l’a précisé précédemment, à chaque itération un piéton ne peut se déplacer

que dans les cellules adjacentes. Les piétons se déplacent donc sur une grille à deux

dimensions, qui comportent des entrées et des sorties. Dans notre étude, les portes de

train representeront des entrées sur les quais, tandis que les escaliers et autres circula-

tion verticales (ascenseurs, remontées mécaniques) seront considérées comme des sorties.

La grille générique est composée de cellules carrées de surface 40 ×40cm2. Il s’agit

de l’espace typiquement occupé par une personne dans une une foule assez dense

(WEIDMANN,1992-01). Cette surface peut être modiﬁée par l’opérateur mais restera

inchangée tout au long d’une simulation. À chaque itération, le piéton a le choix de

se déplacer vers une cellule voisine avec une certaine probabilité. Le calcul de ces

probabilités étant indépendant pour chaque piétons, il peut se faire en parallèle, ce qui

permet de gagner du temps. Dans la suite on explique comment les conﬂits sont gérés

après avoir calculé toutes les probabilités de déplacement. Étant donné que l’on connaît

la taille d’une cellule et que la vitesse moyenne de déplacement d’un piéton dans une

foule est de ≃1.3m.s−1(WEIDMANN,1992-01), on peut calculer aisément le pas de

temps de la simulation : ∆t≃0.3s.

Chaque piéton peut donc se déplacer selon le schéma présenté FIG.4.1 :

FIGURE 4.1 – Voisinage d’un piéton et possibilité de déplacement associées

Comme le montre la FIG.4.2, on raisonne en terme de (ligne, colonne), d’où la numéro-

Analyse des solutions exitantes et choix du modèle 99

tation des coordonnées.

Une fois les directions possibles identiﬁées, on peut introduire le principe de matrice

de préférence. La matrice de préférence est une traduction mathématique du voisinage

d’une cellule, c’est donc une matrice 3×3. Chaque jeu de coordonnées (i,j) ∀i, j ∈

[−1; 1] ×[−1; 1], permet de stocker la probabilité de mouvement dans la direction de

mêmes coordonnées. Le principe est schématisé dans la FIG.4.2 :

FIGURE 4.2 – Matrice de préférence

Dans ce schéma, l’élément central M0,0représente la probabilité pour un piéton de ne

pas bouger. Les 8 autres éléments représentent quant à eux les probabilités d’effectuer un

mouvement vers une cellule voisine dont les coordonnées locales par rapport à l’élément

central sont données en indice.

Enﬁn, dans notre cas les mouvements en diagonale ne seront par pris en compte. Effective-

ment, d’après (BURSTEDDE et al., 2001), les seuls mouvements transversaux et latéraux

sufﬁsent à reproduire les effets de foule. La ﬁgure 4.3 représente ce nouveau voisinage :

FIGURE 4.3 – Voisinage utilisé

100 Modélisation de ﬂux piétons en gare

2.2.2 Static Floor Field

Dans certains modèles continus, comme ceux présentés dans (HELBING,2001) et

(HELBING & MOLNÁR,1995), le principe de forces sociales est utilisé pour simuler

les interactions à longue-portée entre piétons. Dans le cadre de l’automate cellulaire pré-

senté ici et largement inspiré de (BURSTEDDE et al., 2001), on utilise le principe de Floor

Field. Ces champs peuvent être vus comme une grille qui vient se superposer à l’automate

cellulaire et qui permet d’attribuer des valeurs (ici des probabilités) à chaque cellule de

l’automate cellulaire.

Le SFF est un champ qui n’évolue pas au cours de la simulation. Il représente la distance

(en terme de nombre de cellules) entre une cellule et la sortie la plus proche. Dans les

modèles continus comme présentés dans (MAURY,2011), cette distance est associée à

une insatisfaction; plus on est éloigné de la sortie, moins on est satisfait. Une fonction

d’insatisfaction (traduite mathématiquement par un gradient) permet alors de générer des

iso-valeurs d’insatisfaction. Effectivement, deux piétons éloignés de la même distance au-

ront le même niveau d’insatisfaction. Dans le cas contraire, si un piéton se trouve face à

la sortie, son insatisfaction sera au plus bas. Dans notre modèle discret, une fonction se

propageant de proche en proche depuis une sortie permet d’attribuer à chaque cellule sa

distance par rapport à la sortie.

Dans la FIG.4.4 est représenté le SFF du quai actuellement en service de la gare de Pantin

RER :

Analyse des solutions exitantes et choix du modèle 101

FIGURE 4.4 – SFF de la gare de Pantin RER

Sur la ﬁgure les sorties (bas des escaliers) sont entourées en vert. Les créneaux sur le haut

du quai représentent les portes de trains donnant l’accès au quai, ce sont donc des entrées.

Les distances en abcisse et en ordonnée sont en mètres.

Le SFF est donc une grille, que l’on appellera S, dont les cellules Si,j contiennent la

distance à la sortie la plus proche. Ces valeurs seront utilisées par la suite pour calculer

les probabilités de mouvement.

2.2.3 Dynamic Floor Field

Comme expliqué précédemment, le DFF équivaut à une trace virtuelle laissée par chaque

piéton lors de son trajet sur l’automate cellulaire. Comme pour le SFF, il s’agit d’une

grille que l’on appellera D. À l’instant t= 0, toutes les cellules de D prennent la valeur 0.

Lorsqu’ un piéton se situe sur une case, il augmente la valeur de sa case d’une unité. Les

cellules Di,j de D ne peuvent donc contenir que des valeurs entières strictement positives.

Ce champ a sa propre dynamique car il possède une diffusion et un déclin. Ses deux

propriétés sont elles-même contrôlées via deux paramètres, respectivement α∈[0; 1]

et δ∈[0; 1]. À eux deux, ces paramètres représentent l’élargissement et l’effacement

102 Modélisation de ﬂux piétons en gare

de la trace virtuelle laissée par les piétons. Ainsi à chaque itération les cellules voi-

sines d’une cellule occupée gagnent une unité avec une probabilité α, et chaque cellule

perd une unité avec la probabilité δ. Dans (BURSTEDDE et al., 2001) et (KIRCHNER &

SCHADSCHNEIDER,2002), le DFF est assimilé à un champ bosonique : les piétons en

mouvement laissent des bosons après leur passage qui vont créer la trace virtuelle.

Les ﬁgures FIG.4.5 et FIG.4.6 sont tirées d’une simulation au cours de laquelle des pié-

tons ont été déchargées par les deux portes les plus proches des escaliers :

FIGURE 4.5 – DFF de la gare de Pantin à l’instant t= 0s

FIGURE 4.6 – DFF de la gare de Pantin à l’instant t= 5.4s

Stucture de l’algorithme et traitement des données d’entrée 103

A l’instant t= 0sles cellules du DFF sont toutes initialisées à 0, à l’instant t= 5.4son

voit la trace bleue ciel laissée par les piétons. Les cellules claires sont plus « attirantes »

que les cellules foncées.

3 Stucture de l’algorithme et traitement des données

d’entrée

3.1 Fonctionnement de l’automate cellulaire

Dans cette section, nous abordons les règles fondamentales et les principes de calculs

permettant le fonctionnement de l’automate cellulaire.

3.1.1 Calcul de probabilités

On rappelle que l’on a désigné le SFF par la lettre S, que celui-ci est composé de cellules

Si,j et que la cellule S0,0désigne la cellule qui est occupée au moment du calcul. On rap-

pelle aussi que le principe est le même pour le DFF mais que la lettre D est utilisée.

De plus on introduit deux paramètres de champ, κSpour le SFF et κDpour le DFF.

Comme on l’expliquera dans la suite, ces paramètres permettent de régler la sensibilité du

modèle envers certains effets de groupe.

On considère une cellule occupée,(0,0), à l’instant tqui possède donc des cellules voi-

sines (i, j). La probabilité pi,j pour que la cellule (i, j)soit occupée à l’instant t+ 1 se

calcule selon l’équation 4.1 :

pi,j =N×exp (κS∆S)×exp (κD∆D)(4.1)

Nest un facteur de normalisation qui permet de s’assurer que l’on respecte la partition de

l’unité des probabilités : Ppi,j = 1. On a également :

∆S=Si,j −S0,0∆D=Di,j −D0,0

Où κSet κDsont des paramètres qui permettent de régler la sensibilité du modèle :

—κStraduit la sensibilité du piéton au SFF. Plus ce paramètre est élevé, plus le piéton

est considéré comme connaissant bien son environnement et notamment le chemin

104 Modélisation de ﬂux piétons en gare

le plus court vers la sortie. C’est le cas pour les usagers habituels d’une gare. À

l’inverse, si κS<< 1, alors le piéton peut être considéré comme évoluant dans un

milieu qu’il ne connaît pas ou dans lequel il est très difﬁcile de s’orienter; c’est par

exemple le cas lors d’un incendie quand une pièce est remplie de fumée.

—κDest, quant à lui, un paramètre permettant de régler la sensibilité des piétons aux

autres piétons. Plus ce paramètre est élevé, plus les piétons seront sensibles à la

« trace » virtuelle.

3.1.2 Fonctionnement

L’algorithme fonctionne avec une liste des coordonnées des cellules occupées qu’il met

à jour à chaque itération. Pour ce faire, plusieurs dictionnaires sont nécessaires, ceux-ci

sont regroupés et décrits dans ce qui suit. On rappelle qu’un dictionnaire est une structure

python contenant des valeurs que l’on récupère grâce à des clés.

Le dictionnaire « portes » a pour clés les numéros des portes et pour valeurs les listes

des coordonnées des cellules qui représentent les portes dans l’automate cellulaire. Ces

cellules servent donc de cellules d’injection essentiellement. Ce dictionnaire n’a pas vo-

cation a évoluer pendant la simulation, il permet d’identiﬁer les portes. Considérons par

exemple une porte, identiﬁée par l’indice 0, et constituée d’un nombre nde cellules. Si

les cellules ont des coordonnées de type (i, j), alors le dictionnaire des portes prendra la

forme suivante pour la porte 0:

id_porte_0 : [(i_1,j_1), (i_2,j_2), ... ,(i_n,j_n)]

Cet exemple montre bien les différentes listes de tuples qui représentent les portes, chaque

tuple étant les coordonnées d’une cellule.

Le dictionnaire « compteur » a pour clés les numéros des portes et en valeurs les nombres

entiers de piétons devant sortir par chaque portes. À l’instar du précédent, ce dictionnaire

n’évolue pas dans le temps. Il est initialisé par l’opérateur au début de la simulation. Dans

la ﬁgure 4.9 est présenté le dicitonnaire de déchargement dans le cas de la gare de Pantin :

FIGURE 4.7 – Dictionnaire du déchargement

Stucture de l’algorithme et traitement des données d’entrée 105

On voit donc que dans cet exemple 55 piétons doivent être déchargés au total; 10 par la

porte « 0 », 15 par la porte « 1 » et 30 par la porte « 9 ».

Le dictionnaire « déchargement » est mis à jour à chaque itération. Il a pour clés les nu-

méros des portes et en valeurs les nombres entiers de piétons sortis par chaque à l’instant

t. A la ﬁn de la simulation, si tous les piétons ont été déchargés, alors les dictionnaires

« compteur » et « déchargement » sont égaux. Dans les ﬁgures qui suivent sont présentés

le dictionnaire « compteur » initial et le dictionnaire « compteur » à la première itération :

FIGURE 4.8 – Dictionnaire initial de compteur

FIGURE 4.9 – Dictionnaire de compteur à la première itération

Cet exemple permet de constater que 21 piétons sont déchargés dès la première itération.

Finalement, à chaque itération des piétons sont déchargés tant que le nombre total à dé-

charger n’est pas atteint, et les piétons déjà présents sur la grille évoluent selon les règles

décrites dans la partie 1.3 ci-après. Pour chaque piéton et à chaque itération, les coordon-

nées de la cellule occupée sont retenues dans une liste. Le calcul des matrices de préfé-

rences de chaque cellule de la liste est ensuite lancé. Cela évite à l’algorithme de mise à

jour de l’automate de parcourir toute la grille, opération qui peut être très chronophage.

3.1.3 Règles de mise à jour

Les cellules de l’automate cellulaire peuvent se trouver dans trois états différents : « Oc-

cupée », « Vide » ou « Obstacle ». Les cellules occupées représentent des piétons. Une

cellule conserve un unique état durant chaque itération. Les règles de mise à jour permet-

tant de faire évoluer les piétons sur l’automate sont décrites ci-après :

106 Modélisation de ﬂux piétons en gare

1. A l’itération zéro est démandé à l’opérateur de renseigner le nombre de piétons

devant sortir par chaque porte de train, l’algorithme met dans l’état « Occupé » le

maximum de cellules et les coordonnées des cellules sont rentenues dans une liste

par l’algorithme;

2. L’algorithme calcule en parallèle (module multiprocessing de python) les matrices

de préférence de chaque piéton (i.e. pour chaque cellule contenue dans la liste),

selon l’équation 4.1;

3. L’algorithme selectionne, toujours en parallèle, pour chaque cellule la cellule voi-

sine qui sera occupée;

4. L’algorithme compare l’ensemble des cellules convoitées et regarde si certaines

apparaissent plusieurs fois. Si cela est le cas, alors il y a conﬂit;

5. Les conﬂits sont gérés selon les règles décrites dans la section 1.4;

6. La liste des cellules occupées est mise à jour;

7. Si les dictionnaires « compteur » et « » ne sont pas égaux, i.e. tous les piétons n’ont

pas été déchargés, alors de nouveaux sont déchargés et les nouvelles cellules sont

ajoutées à la liste des cellules occupées;

8. l’algorithme revient à l’étape 1.

La première version du code ne contenait pas de calculs parallèles. Ainsi cette version a

permis de montrer que sans l’utilisation du module multiprocessing les calculs mettaient

environ 2 fois plus de temps à s’exécuter. En effet, les coordonnées des cellules étant

stockées dans une liste, la première version parcourait cette liste élément par élément, le

gain de temps en utilisant une méthode de calcul parallèle est donc évident.

3.1.4 Gestion des conﬂits

Si, lors du calcul des matrices de préférences, plusieurs piétons convoitent la même cel-

lule, alors il y a un conﬂit. On propose de traiter les conﬂits selon la méthode exposée

dans (BURSTEDDE et al., 2001). Cette gestion est représentée dans la ﬁgure 4.10

Stucture de l’algorithme et traitement des données d’entrée 107

FIGURE 4.10 – Résolution d’un conﬂit entre deux piétons ayant pour matrices de préfé-

rences M(1) et M(2) - image tirée de (BURSTEDDE et al., 2001)

La ﬁgure 4.10 montre que lorsque deux piétons convoitent la même cellule pour leur

prochain mouvement, l’un doit rester immobile. En effet, on voit que la probabilité de

déplacement qui est la plus élevée donne la priorité au déplacement. Ainsi, le piéton avec

la probabilité de mouvement la plus faible des deux reste immobile.

3.2 Traitement des données d’entrée

Pour traiter les ﬂux de piétons en gare, le département Flux & Mobilités fonctionne selon

un principe de noeuds et d’arcs reliant ces noeuds. Grâce à ces arcs et ces noeuds, il est

alors possible de reproduire de façon linéaire une gare. En effet, grâce à une projection

de la gare en coordonnées WKT EPSG 2154, il est aisé d’obtenir les coordonnées des

extrémités des axes principaux de la gare. La gare est ainsi reconstituée par un réseau

d’arcs uniques et ayant chacun un identiﬁant précis. Ces arcs ainsi que leurs propriétés

(altitude, largeur, longueur ...) sont tous regroupés dans un ﬁchier CSV. Il a donc fallu

mettre en place une routine python permettant de transformer les données de ce ﬁchier

CSV en une grille de cellule régulière.

3.2.1 Contenu du CSV d’entrée

Le CSV contient les colonnes suivantes : wkt_geom,id,source,target,type,long,

largeur,source_niv,target_niv,deniv,niv,cv,sensunique,source_x,source_y,

target_x,target_y.

108 Modélisation de ﬂux piétons en gare

Pour comprendre cette dénomination, le dictionnaire représenté dans la ﬁgure 4.11 a été

utilisé :

FIGURE 4.11 – Dictionnaire des données du ﬁchier CSV

3.2.2 Fonctionnement de la routine python

Dans un premier temps, la routine python ne traite qu’un seul étage à la fois. Étant donné

la taille du ﬁchier et son format, il paraissait judicieux d’utiliser la libraire Pandas et

son module DataFrame. Effectivement, cela permet de retranscrire le CSV sous forme de

tableau dans la console Spyder Python très simplement. De plus, les calculs vectoriels

permis par un DataFrame allègent considérablement le code.

Une fois l’étage à traiter renseigné à la routine Python, il s’agit de simpliﬁer les coordon-

Stucture de l’algorithme et traitement des données d’entrée 109

nées. En effet, en France métropolitaine les coordonnées aux normes WKT EPSG 2154

sont aux alentours de 6×105pour les abcisses et 6×106pour les ordonnées. Il faut

donc d’abord trouver le minimum des abcisses source_x,targe_xet le minimum des or-

données source_y,target_y. Le minimum des abcisses est alors retiré des valeurs des

colonnes source_x,target_xpuis le mininmum des ordonnées est retiré des valeurs des

colonnes source_y,target_y. De cette manière, la plus petite valeur en abcisses et en

ordonnées vaut 0, la routine permet donc au passage de créer une fausse origine qui per-

mettra par la suite de construire la grille l’automate cellulaire.

Enﬁn, la routine détermine les maxima en abcisse et en ordonnée. Ceux-ci permettent

de déﬁnir les bornes l’automate cellulaire. Ensuite, pour déterminer les paramètres de sa

grille, il sufﬁt de diviser la longueur en mètre par la taille d’une cellule. Dans la ﬁgure

4.12 est représentée la grille de l’automate cellulaire à la première itération :

FIGURE 4.12 – Grille de l’automate cellulaire à la première itération

Enﬁn, pour construire la grille comme présentée ci-dessus, il faut déﬁnir les chemins sur

lesquels peuvent naviguer les piétons, i.e. retranscrire les arcs du ﬁchier CSV. Pour ce

faire, il est nécessaire de savoir tracer une ligne ayant une certaine largeur entre deux

cellules. La partie du code permettant cette tâche s’inspire de ce qui est exposé dans

(PATEL,2019). Une fois la ligne créée, il faut lui donner une largeur, cette largeur est

110 Modélisation de ﬂux piétons en gare

simplement obtenue en divisant la valeur correspondante dans la colonne largeur par la

taille d’une cellule. Le fait d’arrondir à l’entier supérieur ou inférieur n’a a priori que peu

d’incidence. Effectivement, comme le montreront les résultats, il n’y pas de tendance de

la part des piétons à frôler les murs. Ainsi, étant donné qu’une cellule carrée a un côté de

0,4m, une cellule en plus ou en moins sur les bords inﬂuence peu le résultat.

Il est maintenant possible de générer la grille de l’automate cellulaire. C’est cette même

routine python qui permet aussi la construction des SFF et DFF. Finalement, en appliquant

les règles décrites dans la partie 1.3, l’automate est désormais complet et fonctionnel.

3.2.3 Traitement des circulations verticales

Les circulations verticales représentent un aspect non-négligeable de l’études des ﬂux

dans une gare. En effet, elles sont particulières car les piétons n’ont pas la même vitesse

sur une remontée mécanique que dans un escalier ou encore sur un quai, ce qui peut favo-

riser la congestion. Ainsi, le code précédent nécessite d’être adapté pour pouvoir prendre

en compte ces différences de vitesses.

Le plus simple étant de garder le même code et de changer simplement la géométrie, il a

été évoqué avec le département des Flux & Mobilités la possibilité d’allonger et de retrécir

dans la largeur les circulations verticales. Effectivement, une congestion sera inévitable

si le taille des issues est rétréci. Le fait d’allonger les circulations permet de simuler le

temps réel passé par un piéton dans une circulation verticale. Autrement dit, plus le che-

min entre un point A et un point B est allongé, plus le temps de parcours est allongé. La

baisse de vitesse est donc simulée par une augmentation du temps de parcours.

Enﬁn, pour que le modèle soit complet, il faut instaurer des conditions aux limites. En

effet, étant donné que le but est de reproduire un ouvrage à plusieurs étages sur une grille

en 2D, il est nécessaire que les jonctions entre les étages (i.e. les circulations verticales),

elles aussi représentées en 2D, respectent des conditions aux limites. Ainsi, si l’on consi-

dère un étage 0, un étage 1 et une circulation verticale CV reliant 0 à 1, il est nécessaire

d’assurer une convervation des débits entre les étages et la CV :

— le débit de piétons sortant de 0 soit égale au débit entrant dans CV;

— et que le débit sortant de CV soit égale au débit entrant dans 1.

Une fois ces bases posées, le code nécessite encore d’être adapté pour qu’il soit possible

de représenter tous les étages ainsi que les circulations veticales par un seul et même

Premiers résultats 111

automate cellulaire.

Malheureusement, au vu du temps imparti et des multiples corrections qui devaient être

apportées en permanence pour répondre aux exigences d’AREP et pour avoir un outil le

plus ﬁable possible, il n’a pas été possible de coder cette partie.

Dans la suite, sont donc présentés les résultats obtenus avec un automate cellulaire ne

permettant de simuler qu’un seul et unique étage à la fois.

4 Premiers résultats

4.1 Résultats

Dans cette section sont présentés les résultats émanant d’une simulation menée sur la

gare de Pantin RER. Cette gare est une gare typique de RER, en Ile de France, qui est

soumise à une utilisation de type pendulaire. C’est à dire que ces usagers sont des habitués

de la gare faisant régulièrement un aller-retour pour se rendre de leur domicile à leur

travail. L’objectif ici est donc de simuler une évacuation normale de train en gare, on ne

s’intéresse donc pas à une évacuation d’urgence comme lors d’un incendie par exemlpe.

On présente un cas d’application et les différentes mise en forme de résultats émanant

d’échanges itératifs avec le département des Flux & Mobilités. Le but étant d’aboutir à

une mise en forme de résultats s’intégrant dans leur méthodologie d’analyse.

4.1.1 Déplacement des piétons

Comme demandé par AREP, il fallait que les résultats se présentent avant tout de façon

visuelle. Il paraissait donc naturel dans un premier temps de représenter les déplacements

des piétons grâce à un gif. L’outil codé sort donc tout d’abord un gif. Dans les ﬁgures

suivantes sont présentés différents « états » de l’automate cellulaire lors de l’évacuation

de 200 piétons. La ﬁgure 4.13 représente l’état initial de l’automate cellulaire :

112 Modélisation de ﬂux piétons en gare

FIGURE 4.13 – État initial de l’automate cellulaire

Comme précisé dans la section 2.1.3, la ﬁgure 4.13 permet de constater que les portes

desquelles sont déchargées les piétons (entourées en rouge) sont occupées au maximum.

On observe donc dans l’état initial des rangées de piétons qui accèdent au quai depuis le

RER.

Ces rangées ne durent pas dans le temps. La ﬁgure 4.14 montre bien que l’automate

permet de reproduire la volonté propre à chaque piétons. Effectivement, on constate que

les rangées ont été rompus et on distingue différents groupes de piétons.

FIGURE 4.14 – Occupation des cellules sur l’ensemble de la simulation - évacuation de

25 piétons

Premiers résultats 113

Enﬁn, les piétons ﬁnissent par former un « couloir ». Ils se suivent, comme le montre la

ﬁgure 4.15. Ceci montre, encore une fois, que l’automate peut reproduire des effets de

groupe :

FIGURE 4.15 – Occupation des cellules sur l’ensemble de la simulation - évacuation de

25 piétons

Finalement, comme évoqué dans la section 2.1.3, les ﬁgures 4.13,4.14 et 4.15 montrent

bien que les piétons n’ont pas tendance à frôler les mûrs ni à décrire des trajectoires trop

rectilignes, ce qui serait assez éloigné de la réalité.

4.1.2 Occupation des cellules

L’outil permet de visualiser les piétons qui se déplacent mais permet aussi de visualiser

le chemin emprunté par la foule. En effet, l’outil reproduit une grille au fur et à mesure

de la simulation, sur laquelle ﬁgure le nombre de fois où est empruntée une cellule. Pour

rendre l’exploitation de cette information plus pratique, un code couleur est mis en place;

plus une cellule est empruntée, plus sa couleur tend vers le rouge. Dans la ﬁgure 4.16 est

présenté un tel graphe après une simulation de 10 secondes, pendant laquelle 25 piétons

devaient être évacués :

114 Modélisation de ﬂux piétons en gare

FIGURE 4.16 – Occupation des cellules sur l’ensemble de la simulation - évacuation de

25 piétons

Un autre exemple présenté dans la ﬁgure 4.17, montre l’occupation des cellules lorsque

200 piétons sont déchargés sur l’ensemble du quai :

FIGURE 4.17 – Occupation des cellules sur l’ensemble de la simulation - évacuation de

200 piétons

Premiers résultats 115

Cet exemple conﬁrme le fait que les cellules les plus empruntées sont celles centrées sur

le quai (les piétons ne frôlent pas les mûrs). Cela montre que les piétons sont, comme

attendu, « naturellement » attirés par les sorties (grâce au SFF), mais le fait que le couloir

formé soit assez élargi montre aussi qu’ils peuvent mutuellement s’inﬂuencer dans le

choix de leurs mouvements (ceci grâce au DFF).

Les résultats précédents sont ﬁnalement intéréssant car ils sont intuitifs, ils permettent de

visualiser la géométrie et d’analyser les mouvements. Contrairement à ce qui est présenté

dans la section suivante, la mise en forme proposée ici ne nécessite pas de connaissance

sur la géométrie de la gare. Cependant, ces résultats ne permettent pas d’analyse quantita-

tive des ﬂux de piétons. Il faut pour cela une mise en forme de résultats « moins visuelle »

mais plus manipulable, c’est l’objet des sections qui suivent.

4.1.3 Occupation des arcs

Comme il a été précisé dans le chapitre précédent, le département des Flux & Mobilités

fonctionne avec une « description linéaire de la géométrie ». C’est à dire qu’une gare

réelle en 3D est discrétisée en Noeuds et en Arcs. Il fallait donc que l’outil rende compte

de l’occupation temporelle des Arcs qui lui sont donnés en entrée (via le ﬁchier CSV).

C’est à dire représenter le nombre de piétons sur un arc en fonction du temps. La ﬁgure

4.18 montre une visualisation possible mais non retenue :

116 Modélisation de ﬂux piétons en gare

FIGURE 4.18 – Occupation des arcs en fonction du temps

Effectivement, il s’avère que ce genre de représentation devient rapidement illisible

lorsque l’on considère un nombre élevé de piétons et d’Arcs.

Pour pallier ce problème, il a été décidé après discussion avec le département des Flux

& Mobilités de tracer autant de ﬁgures que d’Arcs qui sont empruntés. Cela permettra

d’analyser séparément chaque Arcs et donc d’identiﬁer les zones à risque telles que les

entrées, les sorties, les goulots d’étranglement ou encore les circulations verticales. La

ﬁgure 4.19 illustre ce nouveau choix :

Premiers résultats 117

FIGURE 4.19 – Occupation de l’Arc 96 de la gare de Pantin en fonction du temps

Ce graphe nous permet d’observer l’évolution de l’occupation de l’Arc 96 de la gare de

Pantin en fonction du temps, lors de l’évacuation de 200 piétons. D’après le CSV donné en

entrée, cet arc est un tronçon de quai amenant directement en bas des escaliers, autrement

dit, au bout de cet arc il y a une sortie. Il est intéressant d’observer qu’il y a une certaine

congestion sur cet arc. En effet, après un court temps de remplissage et un passage par

un maximum d’occupation à 12 piétons, l’arc se vide rapidement avant d’évoluer vers un

palier en dents de scie. Ceci peut s’interpréter de la manière suivante :

— les premiers piétons arrivent « en bloc » vers la sortie, et comme il n’y personne

d’autre sur l’arc à cet instant, ils sortent rapidement de la gare. Cette étape corres-

pond aux 25 premières secondes d’occupation.

— Ensuite, l’arc se remplit, il est occupé sur toute sa longueur.

— Enﬁn, des piétons arrivent et sortent continuellement. Ainsi, étant donné que l’arc

est occupé et donc que les piétons ne sortent pas librement, on constate une légère

congestion et ce palier en dents de scie. Ce constat est rassurant puisqu’il illustre

un situation réelle, et conforte qualitativement la véracité du modèle.

La ﬁgure 4.20 illustre quant à elle l’évolution de l’occupation de l’Arc 80 de la gare de

Pantin, toujours pendant l’évacuation de 200 piétons.

118 Modélisation de ﬂux piétons en gare

FIGURE 4.20 – Occupation de l’Arc 80 de la gare de Pantin en fonction du temps

D’après les données d’entrée, l’Arc 80 correspond à une porte de train. L’interprétation

de cette courbe semble être plus intuitive que l’interprétation de la précédente. Effecti-

vement, on constate que l’occupation commence immédiatement par un maximum,ce

qui correspond au déchargement initial des piétons sur les quais. Puis celle-ci décroît

régulièrement pour ﬁnalement atteindre la valeur 0 au bout de 30 secondes environ. Cela

se comprend car les piétons évacuent rapidement le train et atteignent aussi rapidement le

quai. S’il doit y avoir une congestion, celle-ci intervient plus tard sur le quai mais pas dès

la sortie du piéton hors du train (sauf cas exceptionnels constatés par exemple en période

de forte perturbation du traﬁc).

Enﬁn, la ﬁgure 4.22 permet d’observer l’évolution de l’occupation d’une portion de quai

de la gare de Pantin en fonction du temps.

Premiers résultats 119

FIGURE 4.21 – Occupation de l’Arc 21 de la gare de Pantin en fonction du temps

L’interprétation de cette ﬁgure est plus délicate mais est appuyée par l’observation du gif

renvoyé par l’outil. Effectivement, la forme de la courbe n’est ni celle correspondant à

une porte, ni celle correpondant à une portion avant une sortie. Dans ce cas bien précis,

on observe des « vagues ». Les piétons, après avoir évacué le train se regroupent par petits

groupes puis évoluent vers la sortie. Cela a pour effet de constituer des « vagues » de

piétons qui avancent sur le quai. La ﬁgure 4.15 a été agrandi et les différentes « vagues »

de piétons ont été entouré dessus :

FIGURE 4.22 – Identiﬁcation des différentes vagues de piétons sur la grille

Les ﬁgures précédentes et les résultats qu’elles contiennent ont donc permis de faire le

lien entre les données avec lesquelles le département des Flux & Mobilités a l’habitude

120 Modélisation de ﬂux piétons en gare

de travailler, et ce que l’outil de simulation est capable de produire. Dans un souci d’ex-

ploitation optimale de l’outil, il a été décidé avec le département des Flux & Mobilités

que l’outil devait également être capable de fournir des ﬁchiers CSV ayant exactement

le même contenu et la même structure que les ﬁchiers que le département exploite ré-

gulièrement. Ainsi, dans un premier temps, les données permettant le tracer des ﬁgures

précédentes ont été mises sous forme de ﬁchier CSV (via une routine python). La sec-

tion qui offre un aperçu des modiﬁcations apportées permettant de produire de nouveaux

résultats.

4.1.4 Chemins et Temps de Parcours

Comme il a été expliqué dans l’introduction, il est important lorsque l’on souhaite exploi-

ter une gare de connaître sa capacité en terme d’usagers ainsi que les parcours au sein de

celle-ci. Le code de l’outil a donc été amélioré aﬁn de prendre cette considération. Ainsi,

un ﬁchier CSV contenant le parcours de chaque piéton est généré. Chaque ligne du ﬁchier

correspond à un piéton et les colonnes qui suivent contiennent l’ensemble des coordon-

nées des cellules sur lesquelles il a cheminé. Enﬁn, étant donné que l’on connaît le pas de

temps (≃0.3secondes) et que chaque cellule occupée compte pour une itération, il est

facile de calculer le temps de parcours jusqu’à la sortie pour chaque piéton ainsi que les

temps de parcours moyen, minimum et maximum.

Dans la ﬁgure 4.23 est présenté un aperçu du ﬁchier CSV décrit ci-dessus, généré après

l’évacuation de 10 piétons :

FIGURE 4.23 – Capture du ﬁchier CSV donnant accès à l’ensemble des chemins parcou-

rus ainsi qu’aux temps de parcours

Le ﬁchier CSV présenté dans la ﬁguree 4.23 a été généré après l’évacuation de 10 pié-

tons depuis une porte de train située très proche des escaliers, d’où le temps de parcours

relativement faible :

Premiers résultats 121

FIGURE 4.24 – Détail d’une simulation lors de l’évacuation de 10 piétons

Dans la ﬁgure 4.24 l’entrée sur le quai est entourée en rouge et la sortie en vert. La ﬁgure

4.23 permet de visualiser les dernières cellules empruntées par les piétons 6, 7, 8 et 10,

ainsi que le temps de parcours des 10 piétons, colonne BR.

Finalement, l’utilité d’un tel ﬁchier CSV est de savoir à chaque instant où se situe chaque

piéton.

4.2 Validation des résultats

Comme précisé lors de l’introduction, la validation des résultats pour ce genre d’outil ne

peut être qu’empirique. Ainsi, dans notre exemple il aurait fallu un certain nombre de

vidéos de l’ensemble du quai de la gare de Pantin lors du déchargement de trains. Cela est

évidemment compliqué techniquement, mais peut aussi poser des problèmes de légalité

étant donné qu’il est interdit d’enregistrer l’image d’une personne sans son accord 2. Fi-

nalement, dans le cadre du stage, il n’a pas été poossible de valider les résultats présentés

jusqu’à maintenany, ni de réaliser un « calibrage » de l’outil. Par calibrage est entendu le

fait de faire varier les valeurs de κSet κDaﬁn d’obtenir la sensibilité souhaitée des piétons

envers les DFF et SFF, dans le but d’obtenir un comportement le plus proche possible de

la réalité.

Pour remédier à ce problème L’hypercube et le département des Flux & Mobilités ont

décidé de procéder au calibrage de l’outil grâce aux données des simulations réalisées via

le Logiciel Legion. Cette démarche est logique en considérant que ces données servent

de référence à AREP habituellement.

2. L’article 226-1 du code pénal punit d’un an d’emprisonnement et 45 000 C d’amende le fait de porter

atteinte à l’intimité de la vie privée d’autrui en ﬁxant, enregistrant ou transmettant, sans le consentement de

celle-ci, l’image d’une personne se trouvant dans un lieu privé.

122 Modélisation de ﬂux piétons en gare

5 Conclusion

L’automate cellulaire présenté dans ce rapport et qui a été développé au sein de L’hy-

percube, cellule de recherche appliquée, a permis de répondre à une demande concrète

d’AREP et de son département Flux & Mobilités. Cette demande, formulée la première

fois il y a 4 ans, était assez précise pour orienter le développement de l’outil, mais laissait

assez de liberté sur le choix des modèles. Effectivement, comme il a été expliqué au

début de ce rapport, une revue de littérature conséquenté a dû être établie aﬁn de proposer

au département des Flux & Mobilités ce qui correspondait au mieux à ses attentes.

Cette bibliographie fut une étape assez longue mais nécessaire car elle a permis d’être

le plus efﬁcace possible lors du développement de l’automate cellulaire. Cette efﬁcacité

s’est d’ailleur fait ressentir dès les premiers résultats de simulation, qui ont montré que

l’automate était fonctionnel et qu’il pouvait être complexiﬁé par la suite, pour permettre

des anaylses de ﬂux encore plus approfondies. Enﬁn, étant donné que L’hypercube avait

pour projet de continuer le développement de l’outil après le stage, il a fallu pensé

assez tôt dans le stage à la continuité du projet. Ainsi, grâce à des réunions régulières

avec L’hypercube et le département des Flux & Mobilités, la structure du code et son

fonctionnement ont pu être décrits aux différentes équipes. Les réunions et les échanges

informels autour de ce projet ont d’ailleurs largement participé au ressenti de mon stage,

qui est exposé dans ce qui suit.

Le développement de l’outil m’a permis d’appréhender différents enjeux de la modé-

lisation numérique. Tout d’abord, il a fallu établir un état de l’art de la modélisation

numérique des foules pour mieux cerner les besoins d’AREP. Cette revue de littérature

s’est de plus effectuée avec les contraintes qui ont été posées dès le départ par AREP,

c’est à dire; simplicité de code, efﬁcacité de calcul et pertinence des résultats. Le fait

d’avoir ces « bornes » a été bénéﬁque car elles ont permis de cadrer dès le départ mes

recherches. À titre d’ exemple, il est vite apparu qu’un modèle continu, trop lourd en

exécution, ne répondait pas au cahier des charges d’AREP.

Ensuite, il a fallu s’approprier les notions mathématiques et numériques apportées par la

revue de littérature. Cette étape était certainement la plus importante car elle m’a permis

de comprendre en profondeur l’outil que je devais développer. Elle m’a aussi permis

d’identiﬁer rapidement les demandes du département des Flux & Mobilités qui, au vu de

Conclusion 123

la méthode de résolution choisie, pouvait être satisfaites ou non.

Enﬁn le développement de l’outil m’a permis de consolider des acquis en language

python, mais aussi de mieux comprendre ce que le fait de coder implique. Effectivement,

les réunions que nous avions régulièrement avec le département des Flux & Mobilités

et mes tuteurs, faisaient sans cesse émerger de nouveaux problèmes. La pratique m’a

montré que les exigences les plus simples pouvaient être difﬁcile à satisfaire (en matière

de code), et que pour les plus complexes il existait assez souvent des outils python qui

avait déjà été mis en place et ne nécessitaient que quelques améliorations.

Finalement, ce stage a été enrichissant sur beaucoup d’aspects. Tout d’abord, étant donné

que mon travail consistait à répondre à une demande réelle d’AREP, l’utilité de ce que

je produisais ne faisait aucun doute. Ceci est donc très satisfaisant et m’a donné encore

plus de plaisir à travailler avec mes tuteurs. De plus, l’intérêt apporter par le département

des Flux & Mobilités à mon travail et les réunions que nous avions régulièrement me

motivaient à approfondir toujours plus l’outil de modélisation.

Enﬁn, le fait que l’outil que j’ai développé ne soit pas terminé est très encourageant pour

la suite. Effectivement, comme nous l’avons vu dans ce qui précède, l’automate offre un

nombre intéressant de possibilités pour l’exploitation de simulation sur une gare. Néan-

moins, comme il a été précisé, certains aspects du développement n’ont pas été traité,

essentiellement par manque de temps. Par exemple, l’installation des circulations verti-

cales permettra à l’outil de devenir encore plus performant, De plus, la validation des

résultats grâce au logiciel Legion sera aussi une étape importante. Ainsi, le fait que les

équipes d’AREP se chargeront de continuer de développer l’outil est sans doute l’aspect

le plus gratiﬁant de mon stage. Effectivement, il est prévu que L’hypercube et le dépar-

tement des Flux & Mobilités procèderont au calibrage de l’outil grâce à des résultats de

simulations obtenus grâce au logiciel Legion dans un futur proche. Ceci appuie donc le

potentiel prometteur de l’automate et me permet de terminer mon stage avec une certaine

satisfaction et avec l’assurance d’avoir travailler avec des personnes intéressées par le

stage que j’ai effectué.

124 Modélisation de ﬂux piétons en gare

Étude sur le vélo dans le Grand Paris :

Quelles adaptations face à l’évolution

des pratiques de déplacement en

Île-de-France?

J’ai réalisé ma troisième année de normalien à l’École Nationale des Ponts et Chaus-

sées, et à l’École d’Urbanisme de Paris, au sein du master Transports & Mobilités. En

effet, lors de ma formation en Génie Civil à l’ENS Paris-Saclay je me suis essentielle-

ment concentré sur des problématiques liées à la construction d’infrastructures, ainsi qu’à

leurs empreintes énergétiques. J’ai souhaité comprendre plus précisément comment ces

sujets s’articulaient avec des considérations plus globales de développement du mix éner-

gétique, d’aménagement du territoire et de transport de biens et de personnes.

Lors de cette formation, nous avons réalisé avec des camarades un projet proposé par

la Société du Grand Paris (SGP). Cette dernière, en charge de la conception du réseau

de transport Grand Paris Express(GPE), mène des réﬂexions sur l’inter-modalité dans ce

futur réseau. La combinaison vélo-GPE permet une plus grande décarbonation des dépla-

cements ainsi qu’un maillage plus ﬁn du territoire (comparer à la combinaison voiture-

GPE). Nous avons donc proposé des plans et des stratégies pour mener à bien cette inter-

modalité. Notre étude , dont la synthèse est présentée ci-après, s’est concentrée sur deux

gares et s’adressait à l’ensemble des acteurs investis dans le projet; SGP, collectivités ter-

ritoriales, associations citoyennes.

Étude sur le vélo dans le Grand Paris :

Quelles adaptations face à l’évolution des pratiques de déplacement en Île-de-France ?

Objectifs de l'étude Appropriation de la commande

Nous avons articulé l’étude autour d’une méthodologie mixte, combinant méthodes et outils qualitatifs et quantitatifs.

Elle s’est déroulée en trois étapes, présentées dans le schéma ci-après.

La crise sanitaire liée à la Covid-19 a fortement contraint la réalisation de l’étude, limitant les déplacements sur nos

deux terrains et introduisant un biais dans l'observation des pratiques de mobilités. En outre, nous avons été limités

par la disponibilité de données sur les mobilités actives des villes étudiées. Si nous avons pu rencontrer des acteurs

institutionnels et des collectivités (neuf entretiens), le nombre d'entretiens avec des usagers ou des acteurs associatifs

a été réduit.

Atelier EUP

Diagnostic

»Observations de terrain

• Heure de pointe matin et soir

• Diagnostic à vélo

»Entretiens acteurs

• Collectivités

• Institutions

• Associations

»Détermination des enjeux

Scénarisation

»Vision des quartiers de gares

»Choix des axes stratégiques

• Continuités / rabattement

• Stationnements / intermodalité

• Culture vélo / services

»Proposition d'actions pour

chaque axe

»Restitution

Cadrage

»Prise en main du sujet

»Analyse documentaire

• Monographies quartiers de gares

• Intermodalité et rabattement vélo

• Aménagements cyclables

• Documents de planication

• Données de mobilité

»Dénition du périmètre

Méthodologie

La Chaire « Aménager le Grand Paris » a fait appel au

parcours Transport et mobilité du Master Urbanisme

et aménagement de l’EUP, pour une étude portant sur

l'adaptation du système vélo à l’horizon de réalisation

du GPE (2025-2030). Au sein de la Chaire, la Société du

Grand Paris (SGP) a copiloté la commande.

Les principaux objectifs de l’étude sont :

• accompagner la SGP dans l’anticipation des besoins

des usagers du futur réseau en matière du vélo

• proposer des évolutions possibles des

aménagements autour des gares du GPE

• réaliser une analyse comparée internationale des

solutions de stationnements vélo

Les deux terrains d'étude sont les gares de Bondy (93)

et Issy RER (92).

Pour accueillir ces potentiels usagers dans les deux

gares, IDFM établit un objectif ambitieux de 1 500

stationnements vélo pour chacune d'entre elles.

Néanmoins, une offre conséquente de stationnements

vélo n’est qu’une des composantes permettant la

généralisation d’une pratique cyclable à l’échelle d’une

ville. En effet, le vélo doit être pensé comme un système,

c'est-à-dire qu’il suppose la mise en action de différents

leviers qui, menés conjointement, offrent toutes les

conditions d’une pratique du vélo sûre, agréable et

ecace pour l’usager.

Plus que la question spécique du stationnement, c’est

la question de l’intégration d’un système vélo dans la

ville et de son interaction avec l’ensemble des réseaux

de transport qui fut au cœur de notre étude.

Atelier de projet - Master Transport et mobilité 2020/2021

Étudiant.e.s : Marc ALECIAN - Léo AURRIÈRE - Ray BOOM - Léa de FRÉMONT - Lucas HERNANDEZ - Virgile LAPIERRE - Adrien MARCHAND - Romain LEGROS

Encadrant.e.s : Marie-Hélène MASSOT - Arnaud PASSALACQUA / Supervision : Guillaume LACROIX (Chaire Aménager le Grand Paris) - Émilie ROUDIER (Société du Grand Paris)

Un nouveau métro et un engouement

inédit autour du vélo

La création de 100 000

places de stationnement

prévues en 2030 - hors

réseau Grand Paris

Express (GPE) - dans le

nouveau schéma directeur

du stationnement vélo

d’Île-de-France Mobilités

(IDFM), s’inscrit dans cette

dynamique.

Île-de-France Mobilités

Cette promotion du vélo

s’intègre dans la planication

des espaces publics autour

des gares franciliennes et

du projet GPE. En effet, une

fois l’ensemble du réseau

achevé, 90% des Franciliens

habiteront à moins de deux

kilomètres d’une gare, ce

qui représente environ dix

minutes à vélo.

Société du Grand Paris

En 2018, le Premier ministre a présenté le Plan

« Vélo et mobilités actives » qui porte l’ambition

de faire du vélo un « mode de transport à part

entière».

choisirlevelo.org/

L’un des objectifs

de ce Plan est

de tripler la

part modale du

vélo dans les

déplacements

quotidiens à

l'horizon 2024.

Étude sur le vélo dans le Grand Paris :

Quelles adaptations face à l’évolution des pratiques de déplacement en Île-de-France ?

Atelier de projet - Master Transport et mobilité 2020/2021

L’étude porte sur deux quartiers des gares du GPE : Issy RER sur la ligne 15 Sud et Bondy sur la ligne 15 Est. Les deux

quartiers de gare présentent des situations socio-démographiques contrastées. De plus, le tissu urbain est principalement

pavillonnaire à proximité de la gare de Bondy, alors qu’il est majoritairement collectif à Issy-les-Moulineaux. L’offre de

transports en commun, différente dans les deux villes, est particulièrement riche et diversiée à Issy-les-Moulineaux, où

150 000 voyageurs sont attendus quotidiennement à la future gare du GPE, contre 70 000 à Bondy. Ces ux pourraient

se traduire par une augmentation du nombre de cyclistes dans le quartier de gare. A Issy-les-Moulineaux, la pratique

équivaut à la moyenne nationale (3%), alors qu’elle n’est que de 0,8% à Bondy.

Issy-les-Moulineaux et Bondy, des territoires contraints aux objectifs partagés

Les aménagements cyclables dans les deux communes présentent des caractéristiques différentes. À Bondy, lorsque

les aménagements existent, leur continuité est assurée. Ils ne sont néanmoins pas assez développés à l’échelle du

quartier et se concentrent au nord et à l’est de la gare. À l’inverse, à Issy-les-Moulineaux, des aménagements cyclables

sont implantés partout à l’échelle du quartier. Ils sont cependant très morcelés et souvent peu sécurisés pour les

cyclistes.

À l’échelle du quartier de gare, les stationnements destinés aux vélos sont très dispersés à Issy-les-Moulineaux et ne

favorisent pas le rabattement vers le RER C et la future gare du GPE. À l’inverse, à Bondy, l’offre de stationnement est très

concentrée autour de la gare du RER E. Ces stationnements, en accès libre, semblent répondre à la demande actuelle.

En revanche, ils sont peu utilisés en dehors des heures de pointe. À la suite de la phase de diagnostic, nous avons

dégagé trois axes principaux qui nous semblent nécessaires à la mise en place d’un système vélo ecace :

• l’instauration de continuités cyclables an de favoriser le rabattement

• l’implantation d'une offre de stationnements vélo diversiée pour inciter l'intermodalité

• la création d’une culture commune favorable aux mobilités non motorisées

Un système vélo en cours de réalisation

Bondy : une asymétrie visible des aménagements cyclables Issy : un quartier aux infrastructures cyclables encore morcelées

Réalisation : Léa de Frémont pour Atelier EUP.

Donnés : Apur, Île-de-France Mobilités, OpenStreetMap

Une analyse comparée des solutions de

stationnement vélo et des manières d’inciter à

l’intermodalité observées à l’échelle est venue

enrichir notre approche du sujet. La méthodologie

de la comparaison repose sur la création d’une

arborescence qualiant l’expérience de l’usager et

permettant d’explorer la gamme de possibles en

matière d’aménagement cyclable.

Sous la forme d’un catalogue, notre analyse

comparée offre au lecteur des détails sur de

nombreux ouvrages de stationnement ainsi que

des ches techniques présentant leur application

et évaluation des aménagements sur cinq critères

décisifs de leur utilisabilité.

Une analyse comparée de l'offre de

stationnements

Atelier EUP Jan Kuipers

Le rail bi-étagé et son diagramme de Kiviat

Cobe.dk ElPeriodic.com

Parking vélo à Copenhague (gauche) et box vélo à Valence (droite)

Atelier de projet - Master Transport et mobilité 2020/2021

Étude sur le vélo dans le Grand Paris :

Quelles adaptations face à l’évolution des pratiques de déplacement en Île-de-France ?

Pour accompagner la pratique du vélo à Issy-les-Moulineaux, déjà existante, et encourager son développement, nous avons

identié comme premier levier la nécessité de créer des axes et des continuités cyclables dans le quartier de gare. D’importants

aménagements sont réalisés sur des axes structurants de la commune (av. de Verdun, av. Victor Cresson, bd. Rodin, etc.). Au

total, grâce à la suppression de 1 040 mètres de voies automobiles, ce sont 8 790 mètres de voies cyclables qui pourraient

être aménagés. Les mobilités se trouveraient donc apaisées au sein de la ville d’Issy-les-Moulineaux, permettant une meilleure

cohabitation de l’ensemble des modes et une meilleure appropriation de l’espace public par les cyclistes.

Issy-les-Moulineaux : le vélo pour aérer la ville

Axe 1 - Créer des axes et des continuités cyclables et piétonnes dans le quartier de gare

Aussi bien les usagers des modes de transport du pôle

gare que les habitants du quartier proteraient ainsi d’un

espace sécurisé et aménagé dans lequel les différents

modes cohabitent harmonieusement. Le vélo prendrait

sa place dans la ville d’Issy-les-Moulineaux, aidé en

cela par une promotion attractive de ses bienfaits et un

développement de la sensibilisation à la culture vélo.

Axe 3 - Faire du quartier de gare un pôle piéton et vélo

Le troisième levier de notre

scénarisation repose sur la

transformation du quartier

de gare en un pôle piéton et

vélo, dans lequel le passage

des différents ux routiers et

cyclistes est facilité et uidié.

En dehors de ce rayon, nous proposons 387 stationnements an de satisfaire les usages qui ne correspondent pas à

des trajets en rabattement ou aux déplacements domicile-travail. À titre de comparaison, à l’échelle du quartier, nos

propositions d’aménagement conduisent à la suppression de 168 stationnements automobiles.

Un stationnement inscrit dans le

patrimoine de la ville

Axe 2 - Proposer une offre de stationnement diversiée et pertinente

Dans le cadre de cette étude, nous avons étudié

la possibilité et la pertinence d’implanter 1 500

stationnements vélo dans le rayon d’action de 300

mètres de la SGP. L’utilisation des arches d’Issy nous

a semblé pertinente dans la mesure où elles offrent

un abri aux stationnements vélo tout en inscrivant

symboliquement le système vélo au cœur d’une

spécicité patrimoniale de la ville.

Grâce à cette utilisation, nous parvenons à implanter

1 352 places de stationnement vélo dans le quartier

de gare dont 972 dans un rayon de 300 mètres autour

de la future gare du GPE, parmi lesquelles 732 sont

sécurisées.

OpenStreetMaps - Atelier EUP

Géoportail - Atelier EUP

Propositions d'aménagements cyclables Piste bidirectionnelle proposée avenue de Verdun

Offre de stationnements en libre accès et en consigne

Atelier EUP

Stationnement proposé sous les arches

Atelier de projet - Master Transport et mobilité 2020/2021

Étude sur le vélo dans le Grand Paris :

Quelles adaptations face à l’évolution des pratiques de déplacement en Île-de-France ?

Bondy : le vélo pour recoudre la ville

Axe 1 - Créer des continuités cyclables dans le quartier de gare et dans un périmètre élargi

Grâce à une vaste zone d’attractivité pour les mobilités actives, la gare de Bondy peut avoir

l’ambition de devenir une centralité importante pour les communes situées à l’intérieur de la

zone de rabattement. An de faciliter l’intermodalité vélo-TC, nous avons proposé une offre de

stationnements vélo abondante de plus de 1 800 places. Composée de consignes sécurisées et

d'abris en libre service, ces stationnements se situent stratégiquement, pour la plupart, à moins de

100 mètres des bâtiments voyageurs existants et futurs.

Axe 2 - Inciter à la pratique de l’intermodalité vélo-transport collectif en facilitant le stationnement vélo

Le diagnostic du quartier de gare de Bondy a mis en exergue

un double enjeu en matière de continuités cyclables :

comment dépasser les contraintes induites par les ruptures

urbaines autour du quartier de gare pour développer les

mobilités actives à l’échelle d’un territoire à fort potentiel de

rabattement ?

Nous avons souhaité renforcer les aménagements vélo

existants an de développer le réseau cyclable vers les

communes voisines de Villemomble, Le Raincy et Les

Pavillons-sous-Bois, qui se trouvent à l’intérieur du périmètre

de rabattement vélo de la gare (moins de 10 minutes). En

complément, nous avons proposé de renforcer les continuités

cyclables autour de la gare, notamment avec la création d’un

passage piéton-vélo intégré au nouveau bâtiment du GPE.

Finalement, nous avons proposé deux variantes au projet de

passerelle pour les vélos, accolée au pont Jules Ferry.

Un fort potentiel de rabattement vélo

Réalisation : Léa de Frémont pour Atelier EUP.

Donnés : Île-de-France Mobilités, OpenStreetMap, OpenRoute

Géoportail - Atelier EUPbeterbenutten.nl

Piste proposée sur la D10

Un tunnel piétons/vélos à Amsterdam

Est Ensemble - Atelier EUP

Offre de stationnements en libre accès et en consigne

publicspace.org

Des stationnements vélo à la ga re de Nør rep or t ( Da nem ark )

IDFM

Modèle d'un kiosque vélo (Véligo)

Au-delà du déploiement de l’infrastructure

cyclable et de la création de

stationnements, il est stratégique pour

les acteurs de la mobilité d’accompagner

l’apprentissage de la pratique du vélo

chez tous types de publics, an d’ancrer la

pratique dans les mobilités du quotidien et

l’imaginaire collectif.

Au travers d’un lieu permanent ou

temporaire, mais récurrent, avec une

présence mensuelle ou saisonnière, nous

proposons l'implantation d’un lieu de

sensibilisation, offrant une large gamme

d’activités, de services ou d’informations

associés au vélo.

Axe 3 - Développer les services autour du vélo

130

Étude sur le vélo dans le Grand Paris : Quelles adaptations face à l’évolution des pratiques

de déplacement en Île-de-France?

Prévisions des parts de marché du

véhicule électrique en France

Ce travail, réalisé dans le cadre du master Transports & Mobilités, s’insère en regard des

deux précédents portant sur la dynamique des foules et l’inter-modalité Rail-vélo. En ef-

fet, l’analyse et la conception des systèmes de transports sont souvent orientées vers les

modes passifs tels que la voiture ou le rail, alors même que les mobilités dites « actives »

sont de plus en plus présentes dans le paysage. Cette courte étude sur la prévision des

parts de marché du véhicule électrique en France m’a ainsi permis de mieux comprendre

l’articulation entre les différentes formes de mobilités et leurs implications sur les dyna-

miques économiques et l’aménagement d’un territoire.

Sommaire

1 Prix des énergies : SP95 et électricité ....................132

2 Distribution des distances parcourues ...................136

3 Calcul des TCO ...............................141

4 Impact des TCO sur la part du VE dans le traﬁc .............148

5 Discussion ..................................156

132 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

1 Prix des énergies : SP95 et électricité

La prise en compte de l’évolution des prix des énergies est essentielle à la compréhen-

sion de l’évolution de l’utilisation de certains types de véhicules. En effet, sachant que

la hausse des prix des carburants affectent les ménages les moins aisés (CALVET LUCIE,

2012), et que l’objectif afﬁché par la France est de favoriser largement l’utilisation du vé-

hicule électrique, il est indispensable de savoir comment réagissent les ménages face aux

prix de l’électricité dans leur utilisation du véhicule électrique. Ainsi, cette partie est dé-

diée à la présentation des résultats obtenus pour la prévisions des prix de l’essence SP95

et de l’électricité sur le territoire français.

1.1 Modèle de prévision ARIMA

Le but de cette partie n’est pas de décrire en détail le fonctionnement des modèles Auto

Regressive - Integrated - Moving Average (ARIMA), mais plutôt d’exploiter ces modèles

et de présenter les résultats obtenus qui nous auront servis dans la suite.

L’approximation des séries temporelles se divise en deux grandes catégories. Une caté-

gorie stipule que la série est fonction du temps, l’autre que la série est fonction de ses

données précédentes. Les modèles de type ARIMA font partie de la dernière. Ces mo-

dèles permettent donc d’effectuer des prévisions basées sur des observations historiques.

De plus, comme souligné dans (AHMED & SHABRI,2014), les modèles de type ARIMA

assurent des performances intéressantes en ce qui concerne la prédiction des prix du pé-

trole non rafﬁné. Ainsi, nous avons décidé d’appliquer ce modèle pour la prévision des

prix à la pompe du SP95 et de l’électricité.

Bien que les prévisions sont ﬁables à court et moyen-terme, nous avons du les réaliser sur

le long terme. Effectivement, notre étude suppose une durée de vie de 10 ans pour un vé-

hicule. Ainsi, il est nécessaire d’avoir une idée des prix des énergies tout au long de cette

période. De plus, le but de notre étude est de comparer deux types de véhicules ainsi que

les coûts de consommations énergétique qu’ils impliquent. Les valeurs absolues des pré-

visions du prix des énergies ne nous intéressent peu, seule la comparaison importe. C’est

pourquoi nous avons décidé d’utiliser le modèle ARIMA sur une période de temps qui

peut paraître longue; l’imprécision des valeurs nous importe moins que la comparaison

de ces valeurs.

Prix des énergies : SP95 et électricité 133

1.2 Données relatives au prix de l’essence SP95

Nous avons décidé de retenir le carburant SP95 qui est l’essence la plus utilisée sur le

territoire français.

Le gouvernement français fournit en open data les données concernant les prix à la pompe

sur l’ensemble du territoire français, pour l’ensemble des carburants disponibles lors de

la période considérée.

Les données, accessible via ce lien 1, sont au format .xml, non directement exploitable.

De plus, ces ﬁchiers contiennent en général plusieurs milliers de pompes enregistrées. Il a

donc fallu tout d’abord coder une routine en language Python, permettant de récupérer et

formater ces données. Nous avons opté pour un format de sortie .csv, facilement exploi-

table grâce au logiciel Microsoft Excel.

La routine commence par simpliﬁer le dictionnaire des donées des ﬁchiers originaux. Elle

ne retient que l’identiﬁant de la pompe et le prix du carburant SP95. Ensuite la routine

supprime toutes les pompes qui n’ont pas offert un accès constant au carburant. Finale-

ment, le code réalise la moyenne du prix du SP95 sur l’ensemble du territoire français

pour chaque mois.

La ﬁgure 6.1 présente l’évolution du prix du carburant SP95 entre janvier 2010 et janvier

2021 :

FIGURE 6.1 – Évolution du prix du SP95 sur le territoire français sur une période de 10

ans

1. https ://www.prix-carburants.gouv.fr/rubrique/opendata/

134 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

Une fois ces données acquises et formatées, nous avons pu leur appliquer un modèle de

prévision de type ARIMA. La ﬁgure 6.2 présente ces résultats :

FIGURE 6.2 – Prévisions du prix du SP95

On remarque une forte instabilité des prix du carburant ce qui peut paraître de mauvais

augure pour le modèle de prévision. Néanmoins, lorsque nous avons appliqué le modèle

ARIMA en utilisant les observations enregistrées entre 2010 et 2019 (pour éviter la chute

des prix du à la crise de la Covid 19), et que nous avons comparer les résultats avec les

valeurs réelles, nous avons obtenue une erreur très faible, comme le montre le tableau

6.1 :

1.3 Données relatives au prix de l’électricité

Nous avons ensuite procédé de même avec les prix de l’électricité. Les données ont été

recueillies grâce à ce lien 2. De façon tout à fait arbitraire nous avons décidé d’étudier les

prix au tarif de l’option Base, et non Heure-Pleine/Heure-Creuse, proposés aux consom-

mateurs résidentiels.

La ﬁgure 6.4 présente l’évolution du prix de l’électricité sur une période de 9 ans sur le

réseau Enedis :

2. https ://www.data.gouv.fr/fr/datasets/historique-des-tarifs-reglementes-de-vente-delectricite-pour-

les-consommateurs-residentiels/

Prix des énergies : SP95 et électricité 135

Date Valeur réelle Valeur prévue Erreur en %

02/2018 1,46 1,46 0

03/2018 1,49 1,51 1

04/2018 1,51 1,57 4

05/2018 1,52 1,59 5

06/2018 1,51 1,53 1

07/2018 1,5 1,53 2

08/2018 1,49 1,5 1

09/2018 1,48 1,51 2

10/2018 1,48 1,5 1

11/2018 1,45 1,52 5

12/2018 1,44 1,54 7

01/2019 1,45 1,54 6

02/2019 1,47 1,5 2

Moyenne 3

TABLE 6.1 – Vériﬁcation des résultats obtenus grâce au modèle ARIMA

FIGURE 6.3 – Évolution du prix de l’électricité sur le territoire français sur une période

de 9 ans

136 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

L’évolution en pallier est normale car les prix sont réévalués régulièrement et ﬁxés par le

gouvernement et la Commission de Régulation de l’Énergie.

Une fois le modèle ARIMA appliqué à ces données, voici ce que nous avons obtenu :

FIGURE 6.4 – Prévisions du prix de l’électricité

L’observation des ﬁgures 6.2 et 6.2 nous permet de constater que le prix de l’électricité ne

cesse d’augmenter contrairement au prixdu SP95 qui oscille autour d’une valeur moyenne

qui a tendance à augmenter. On suppose donc que nos prévisions en matière de prix

des carburants seront plutôt défavorables sur le long terme à l’utilisation d’un véhicule

électrique.

2 Distribution des distances parcourues

L’étude des distances moyennes parcourues chaque jour et de leur répartition parmi les

conducteurs est primordiale car elle permet une approche par l’observation du comporte-

ment des usagers de véhicules particuliers. Dans ce qui suit, nous exposons la démarche

qui nous a permis d’appréhender ces comportements et de modéliser les usages.

Distribution des distances parcourues 137

2.1 La loi Log-Normale

Les distances parcourues en véhicule particulier varient fortement d’un usager à un autre

et d’un territoire à l’autre. Sur un territoire où les bornes de recharge ne sont pas large-

ment déployées, et étant donné le temps de charge allongé des voitures électriques, cette

variabilité des pratiques est hautement problématique.Le nombre de jour durant lesquels

un usager parcourt plus qu’une distance donnée dest une donnée importante et difﬁcile

à acquérir. Ce nombre est important car il permet de déterminer le nombre de jours qui

nécessitent une adaptation de la part du véhicule.

Les différentes analyses qui ont été menées sur la distribution des kilomètres-véhicule par-

courus ont montré que ces distributions ont tendance à afﬁcher un pic puis à s’étaler vers

la droite. Ce type de distribution semble correspondre à des lois telles que la loi Gamma,

de Weibull ou bien log-Normale. Cependant, la littérature ne fait pas ressortir une loi plu-

tôt qu’une autre. Dans (PLÖTZ et al., 2017), la loi log-Normale et ses performances sont

minutieusement analysées. De plus dans (PLÖTZ,2014), une expression explicite de la

probabilité de dépassement d’une distance, basée sur la loi log-Normale, est proposée.

Ainsi, nous proposons d’adopter cette loi pour la distribution des distances ainsi que pour

le calcul de la matrice de demande.

2.2 La loi Log-Normale : spéciﬁcation et application

On suppose donc que les distances journalières parcourues sont distribuées selon une loi

log-Normale. La fonction de distribution d’un individu iparcourant une distance ls’écrit

alors :

fµiσi(l) = 1

r√2πσi×exp −ln(l)−µi

√2σi2!(6.1)

L’espérance d’une telle loi vaut :

E(l) = exp µ+σ2

2!(6.2)

En supposant donc que les distances lsont distribuées selon une loi log-normale, la pro-

138 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

babilité que la distance parcourues soit supérieure à la distance L,P(l > L), vaut :

P(l > L) = Z∞

fµiσi(l)dl = 1 −ZL

fµiσi(l)dl = 1 −Fl(L, µ, σ)(6.3)

avec Fl(L)la fonction de répartition qui s’écrit :

Fl(L, µ, σ) = 1

2 1 + erf ln(L)−µ

√2σ!(6.4)

avec erf() la fonction d’erreur.

Ceci nous permet ﬁnalement de déduire que :

P(l > L) = 1

2 1−erf ln(L)−µ

√2σ!(6.5)

2.3 Répartition des distances

Nous savons donc maintenant distribuer les distances parcourues, il nous faut maintenant

identiﬁer ses paramètres µet σ. Dans ce qui suit, on a supposé que les distances pour un

type de conduite journalières étaient peu dispersées. Ainsi, on a supposé la variance, σ,

constante d’un comportement à l’autre. On a décidé de reprendre la valeur de σidentiﬁée

dans (PLÖTZ et al., 2017) : σ= 1.2.

Ensuite, pour déterminer les différentes moyennes µ, nous avons utilisé la répartition des

distances parcourues en Ile-de-France exposée dans l’Enquête Globale Transport 2010.

La distribution des distances parcourues est exposée dans le tableau 6.2 :

En réalité, l’EGT 2010 stipule que 6% des déplacements font plus de 20km. Cela n’aurait

laissé que 4 catégories de déplacements à analyser, [3,5,10,20], ce qui peut paraître peu.

Ainsi, par défaut nous avons supposé une distribution uniforme des déplacements entre

20km et 70km.

Nous avons ensuite supposé que chaque distance journalière appartenant à l’ensemble [3,

5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70] était l’espérance d’une loi log-Normale de paramtère µet

σ= 1.2. D’après l’équation 6.2, on peut alors calculer les µ:

µ=ln(E)−σ2

2(6.6)

Distribution des distances parcourues 139

Distance journalière parcourue en VP Répartition des déplacements en %

3 51%

5 14%

10 17%

20 12%

30 1.2%

40 1.2%

50 1.2%

60 1.2%

70 1.2%

TABLE 6.2 – Répartition des déplacements par portée

avec E∈[3,5,10,20,30,40,50,60,70].

La ﬁgure 6.5 montre les disitributions obtenues après avoir appliqué la démarche exposée

précédemment :

FIGURE 6.5 – Distributions des distances

Le graphe de la ﬁgure 6.5 se lit de la manière suivante :

140 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

— la courbe bleue est associée aux individus parcourant en moyenne 3km par jour en

voiture, du fait du pic haut et étroit observée, on en déduit que les individus parcou-

rant en moyenne 3km par jour en VP sont peu susceptibles de faire des distances

supérieures à ≃5km ;

— à l’inverse, la courbe rouge associée aux individus parcourant en moyenne 20km

par jour noous indique une forte probabilité que ces individus parcourent plus de

20km.

2.4 Écriture de la matrice de demande

Grâce au tableau 6.2 et aux probabilités calculées grâce aux lois identiﬁées précédem-

ment, nous pouvons calculer la matrice de demande. Si l’on considère qu’un conducteur

conduit 6 jours sur 7, soit 86% des jours de l’année, soit 313 jours, alors on en tire le

tableau 6.3 :

3.6km 6km 12km 24km 36km 48km 60km 72km 84km

3km 72.20 37.67 12.56 3.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

5km 72.20 28.25 9.42 3.14 3.14 0.00 0.00 0.00

10km 72.20 28.25 15.70 9.42 6.28 3.14 3.14

20km 72.20 43.95 28.25 18.83 15.70 12.56

30km 72.20 50.22 37.67 28.25 21.97

40km 72.20 53.36 43.95 34.53

50km 72.20 56.50 47.08

60km 72.20 59.64

70km 72.20

TABLE 6.3 – Matrice de demande en jours

Le tableau 6.3 peut se lire de la manière suivante; les individus parcourant en moyenne

10km par jours dépassent les 48km 9.42 jours/an.

On convertit ces nombres de jours en probabilité puis on pondère par les répartition ex-

posées dans le tableau 6.2. On obtient alors le tableau suivant :

Calcul des TCO 141

3.6km 6km 12km 24km 36km 48km 60km 72km 84km Répartition

3km 29.3% 13.3% 1.3% 51%

5km 8.7% 3.4% 1.1% 0.4% 0.4% 14%

10km 8.9% 3.5% 1.9% 1.2% 0.8% 0.4% 0.4% 17%

20km 4.5% 2.8% 1.8% 1.2% 1% 0.8% 12%

30km 0.4% 0.3% 0.2% 0.2% 0.1% 1.2%

40km 0.4% 0.3% 0.3% 0.2% 1.2%

50km 0.5% 0.4% 0.3% 1.2%

60km 0.7% 0.5% 1.2%

70km 1.2% 1.2%

TOTAL 29.3 % 24 % 17.4% 10.4 % 5.5% 4% 3% 2.8% 3.6% 1

TABLE 6.4 – Matrice de demande en pourcentage des déplacements observés

Le tableau 6.4 peut se lire de la façon suivante; les individus conduisant en moyenne

10km par jour et dépassant 48km dans l’année représente 1.2% des distances parcourues

dans l’année.

3 Calcul des TCO

Jusqu’à maintenant nous avons donc; généré des prévisions pour les prix du SP95 et

de l’électricité, modélisé la distribution des distances parcourues (en Ile-de-France avec

les données de l’EGT 2010) puis proposé une répartition de la demande au regard des

kilomètres parcourus (tableau 6.4). Nous allons donc à présent, à la lumière de la demande

et des comportements modélisés, tenter de prévoir la part que peut représenter le véhicule

électrique dans le traﬁc dans différents scénarii.

Pour se faire, nous nous attacherons à calculer les Total Cost of Ownership (TCO) pour

les véhicules électriques et thermiques pour une période de possession de T = 10ans, puis

nous les comparerons.

3.1 Formule retenue pour le calcul du TCO

Nous avons décidé de retenir la formule du TCO proposée dans (WINDISCH,2013). Le

TCO, pour une période de possession T = 10ans , est donné par les équations 6.7,6.8 et

6.9 :

T CO =IC +CCT(6.7)

142 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

où IC représente l’investissement initial et :

IC =pc +inf c +regc (6.8)

avec :

—pc le coût d’achat;

—infc le coût d’installation d’infrastructures domestiques;

—regc le coût d’enregistrement du véhicule, i.e. le coût de la carte grise.

et où CCTreprésente les coûts continus et :

CCT=

t=1 Ut+Pt+It

(1 + y)t(6.9)

avec y le taux d’actualisation et :

—Utles coût d’usages qui comprennent la maintenance (pneumatiques, entretien), le

coût du carburant;

—Ptles coûts de parking;

—Itles coûts d’assurance.

Une fois cette formule implémentée, il a fallu déterminer les valeurs de

chaque variable. Ces valeurs sont résumées dans le tableau 6.5 qui suit :

Calcul des TCO 143

Twingo Twingo électrique

Coût d’achat a12 350C 21 350 C

Coût de la carte grise en C b245 0

Coût de maintenance en C/km c0.0248 0.0198

Coût des pneumatiques en C/km d0.017 0.017

Coût de l’infrastructure en C e0 1000

Bonus/Malus en C f0 -5300

Coût d’assurance en C/an g400 300

Coût de stationnement en C/an h1000 1000

Durée d’utilisation 10ans 10ans

Jours d’utilisation en un an i313 313

TABLE 6.5 – Variables intervenant dans le calcul du TCO

a. tel qu’annoncé par le constructeur sur son site

b. d’après https ://www.demarches.interieur.gouv.fr/particuliers/cout-carte-grise-certiﬁcat-

immatriculation

c. d’après (WINDISCH,2013)

d. d’après (WINDISCH,2013)

e. d’après https ://www.kelwatt.fr/guide/conso/voiture-electrique/borne

f. tel qu’afﬁché par Renault

g. d’après (WINDISCH,2013)

h. d’après (WINDISCH,2013)

i. on a supposé une utilisation 6 jours sur 7

Une fois ces valeurs énoncées, nous pouvons commencer à calculer les TCO pour chaque

véhicule. Ceci est l’objet de la ﬁn de cette partie.

3.2 Comparaison des TCO

Nous proposons maintenant de regarder l’évolution des TCO pour les deux véhicules et

dans des situations différentes. Nous considérerons dans un premier temps une évolution

dans un milieu urbain et dans un second temps dans un milieu urbain Très Dense. Ces

milieux impactent essentiellement la consommation des véhicules, comme indiqué dans

(CGDD, 2017). De plus, nous avons considéré un usage dit "standard" des véhicules. Ce

qui correspond à une distance de 13 000mk/an selon (CGDD, 2017). Les valeurs utilisées

pour les consommations sont regroupées dans les tableau 6.6 et 6.7 :

144 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

Consommation en 2020 Consommation en 2030

Urbain 5.08 4.07

Dense 5.83 4.67

Très Dense 6.84 5.48

TABLE 6.6 – Consommation prévue par milieu et par année en L/100km des véhicules

thermiques source : CGDD

Consommation en 2020 Consommation en 2030

Urbain 18 18

Dense 18 18

Très Dense 18 18

TABLE 6.7 – Consommation prévue par milieu et par année en kWh/100km des véhicules

électriques source : CGDD

On remarque que la consommation des véhicules électriques ne connaît pas de baisse sur

la période d’utilisation que nous allons étudié. Cela ajouté au fait que l’évolution du prix

du SP95 est favorable à la voiture thermique par rapport à l’évolution du prix de l’élec-

tricité, on comprend donc que nos conditions de départ désavantagent sérieusement le

véhicule électrique par rapport au véhicule thermique. Il faut garder à l’esprit ces condi-

tions peu avantageuses dans la suite de cette partie.

3.2.1 Milieu Urbain

Commençons par observer l’évolution du TCO des deux modèles qui parcoureraient des

distances journalières comprises dans la répartition exposée dans le tableau 6.2. La ﬁgure

6.6

Calcul des TCO 145

FIGURE 6.6 – Evolution des TCO pour les Twingo électrique et essence et pour des

distances journalières modérées

Pour nuancer l’analyse qui va suivre, nous avons souhaité également comparer les évo-

lution des TCO pour distances journalières bien plus imortantes. La ﬁgure 6.7 montre

l’évolution des TCO pour des distances journalières valant 25km et 75km :

FIGURE 6.7 – Evolution des TCO pour les Twingo électrique et essence et pour des

distances journalières imoprtantes

146 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

Nous remarquons que, dans les conditions des calculs exposées précédemment, la Twingo

électrique peine à devenir plus rentable que la Twingo électrique. Effectivement nous

avons vu que l’évolution du prix de l’électricité, par rapport à l’évolution du prix du

SP95, désavantageait la Twingo électrique. Néanmoins, une tendance se dégage.

En effet, nous remarquons que plus la distance journalières est élevée plus le véhicule

électrique devient rapidement avantageux comparé au véhicule thermiques. Le prix de

l’électricité, bien inférieur à celui du SP95, explique en grande partie le fait que le véhicule

thermique ﬁnit par devenir plus cher que le véhicule électrique.

De plus, nous pouvons souligner l’écart de TCO au bout de 10 ans d’utilisation pour un

même type de véhicule. En effet, en 2030 pour la Twingo essence on constate sur la ﬁgure

6.6 que le TCO atteint 25 000C pour une utilisation de 5km/jour, alors qu’il atteint plus de

32 500C pour une utilisation de 50km/jour, soit un écart de plus de 7 000C. Cependant,

dans le cas de la Twingo électrique, on remarque en 2030 un écart plus faible de TCO,

d’une valeur d’environ 4 000C. On remarque que ce constat est également valable dans

la situation exposée par la ﬁgure 6.7. On en déduit donc que, dans le cas du véhicule

électrique, la distance journalière parcourue aura un impact moindre sur le TCO que dans

le cas d’un véhicule thermique.

On comprend donc que la consommation des véhicules thermiques ainsi que le prix des

carburants ont un effet sensible sur le coût de possession. Dans ce qui suit, nous menons

la même comparaison dans le cas d’une conduite en milieu très dense, donc dans le cas

d’une consommation élevée.

3.2.2 Milieu Urbain Très Dense

Les ﬁgures 6.8 et 6.9 permettent de comparer l’évolution du coût total de possession dans

une situation de conduite à consommation élevée :

Calcul des TCO 147

FIGURE 6.8 – Evolution des TCO pour les Twingo électrique et essence et pour des

distances journalières modérées en milieu très dense

FIGURE 6.9 – Evolution des TCO pour les Twingo électrique et essence et pour des

distances journalières importantes en milieu très dense

Nous remarquons qu’une hausse de la consommation des véhicules thermiques a tendance

à rapproché dans le temps le point de dépassementdu véhicule thermique sur le véhicule

148 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

électrique. En effet, alors que dans le cas d’une consommation modérée à 50km/jour le

véhicule électrique devenait plus rentable à partir du milieu de 2027, dans le cas d’une

consommation élevée ce point est de basculement est ramené au milieu de l’année 2025.

Ces observations conﬁrment donc la sensibilité du coût de possession d’un véhicule au

prix des carburants. Le véhicule électrique, du fait de l’investissement initial important

qu’il nécessite et de la baisse prévue de la consommation des véhicules thermique, peine

à devenir plus avantageux qu’un véhicule thermique pour les particuliers.

La suite et la ﬁn de ce dossier proposent donc des scénarii qui pourraient donner l’avan-

tage au véhicule électrique, sans toucher au prix des carburants.

4 Impact des TCO sur la part du VE dans le traﬁc

Dans cette partie nous avons décidé de raisonner du point de vue du TCO journalier.

Effectivement, le TCO journalier est un bon indicateur, en première approche, du coût

payé par les individus lorsqu’ils utilisent leur véhicule. De plus, on rappelle que la matrice

de demande 6.4 permet de connaître la répartition par portée des distances parcourues en

un an. Ainsi, en connaissant les TCO journaliers et en faisant l’hypothèse qu’un individu

choisira le véhicule afﬁchant le plus faible TCO, nous pouvons grossièrement estimer la

part de traﬁc qui pourrait être représentée par le véhicule électrique dans nos sénarii.

4.1 Situation initiale

La situation initiale permet de nous donner un aperçu de ce qu’il adviendra si nous ne mo-

diﬁons aucun paramètre économique qui inﬂuence les véhicules électriques. Nous com-

parerons alors les scénarios avec la base initiale mais aussi entre eux.

Rappel des critères principaux des scénarios :

— Ils prennent place dans un environnement urbain dense (comme l’Ile-De-France);

— On considère que les véhicules sont utilisés six jours par semaines (soit 313 jours

par an et donc 86% de l’année);

— Ils sont construits sur le modèle économique de la Twingo thermique et électrique.

Enﬁn les coûts pris en compte dans les scénarios sont étalés sur une période de vie du

véhicule de 10 ans. Il s’agit d’un choix arbitraire qui se base sur l’horizon 2030 puis-

qu’il s’agit d’une période qui fait consensus dans les textes réglementant la baisse des

Impact des TCO sur la part du VE dans le traﬁc 149

consommations des véhicules, les bonus-malus, et le prix de la tonne de carbone. Cepen-

dant nous avons conscience que les véhicules ont une durée de vie supérieure à 10 ans.

Ainsi, la ﬁgure 6.10 présente l’évolution des TCO journaliers pour différentes distances

journalières :

FIGURE 6.10 – Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence

dans la situation initiale

On remarque qu’avec l’ensemble des avantages et désavantages ﬁnancier qu’apportent les

deux modèles de la Twingo, c’est entre 20km et 30km par jours que le TCO devient in-

téressant si l’on possède un véhicule électrique. Si les usagers qui n’utilisent leur voiture

que pour des distances inférieures à au moins 30km alors il n’est pas rentable d’utiliser

un véhicule électrique. La situation initiale permet tout de même de conﬁrmer qu’une

voiture électrique peut être rentable. Cependant il précise de manière non négligeable à

la distance à partir de laquelle il est rentable d’en utiliser une. Un acheteur potentiel de

véhicule électrique pourrait alors être intéressé par ce genre de graphique.

En supposant qu’on étale le TCO sur une période de 10 ans notre scénario initial nous

montre que l’acheteur paiera plus cher son véhicule électrique comparé au véhicule ther-

mique s’il parcourt entre 3km et 10km par jours. Cependant la tendance s’inverse entre

10km/jour et 20km/jour ce qui veut dire que dans cet intervalle le TCO diminue sufﬁsa-

ment pour rendre le véhicule électrique attractif.

Enﬁn, il est important de noter que dans ce scénario, les véhicules électriques représente

150 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

seulement 18% du traﬁc. Cette part est faible, mais comme le rappel le tableau 6.2, la

majeure partie des déplacements (51%) ont une portée de 5km ou moins.

4.2 Situation avec prise en compte du prix des énergies en 2030 et

des futures consommations en carburant

Dans ce scénario, nous avons décidé de comparer les TCO journaliers en projetant en

2030. Ainsi, nous avons prix en compte les prix de l’électricité et du SP95 en 2030 (grâce

modèle ARIMA), et nous avons également appliquer aux véhicules les consommations

prévues en 2030 (voir tableaux 6.6 et 6.7). La ﬁgure 6.11 montre la comparaison des

TCO journaliers :

FIGURE 6.11 – Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence

avec des prix d’énergie à horizon 2030

La ﬁgure 6.11 permet de présenter la situation en prenant en compte le prix des énergies

en 2030 et des consommations futures de carburant pour une Twingo électrique (en bleu)

et thermique (en orange) en suivant les critères cités en début de chapitre.

Ainsi, il s’agit ici de l’évolution des TCO journaliers de nos deux modèles de Twingo. A

travers cette scénarisation, il peut être constaté un point de passage entre ce qui coutera le

moins cher à l’usager d’un véhicule particulier de type Twingo en fonction de la distance

Impact des TCO sur la part du VE dans le traﬁc 151

journalière effectuée avec son véhicule lors des jours ouvrés. De fait, l’usager va pouvoir

choisir quel type de véhicule sera le plus adapté pour lui. Dès lors, on constate dans un

premier temps que c’est la Twingo à moteur thermique et roulant à l’essence qui est la

moins coûteuse à l’usager (le TCO est inférieur à sa cousine électrique) pour les courtes

distances [entre 0 et 20km par jours]. Pour autant, on constate une inversion de la tendance

à partir d’une distance journalière de 30km et un TCO équivalent pour une distance jour-

nalière de 20km. Cependant, si les valeurs à 20km/jour sont identiques, on peut remarquer

un coût légèrement plus élevé pour le véhicule électrique. Autrement dit, c’est l’arrondi

au dixième qui donne une valeur similaire mais dans la réalité, par son rapprochement, le

point d’inversion de la tendance du TCO se situe pour une distance journalière de 21 voir

22km. Il peut alors être conclu que le VE est plus avantageux pour l’usager si ce dernier

effectue des distances journalières plus importantes, soit une distance supérieure à 21/22

km.

Néanmoins, en respectant le découpage en segment de distance effectué et en considérant

donc que le véhicule électrique devient plus avantageux à partir de 30km alors ce dernier

représente potentiellement 6% du traﬁc. La part du VE dans le traﬁc est donc fortement

dégradée (divisée par 3) par rapport à la situation initiale. Ceci est expliqué par la consom-

mation des véhicules thermiques qui ne cesse de diminuer alors que la consommation en

kWh/100km des véhicules électrique stagne. Ce fait doit être mis en regard de l’évolution

du prix du SP95 favorable au véhicule thermique, comme expliqué en début de chapitre.

On comprend donc que pour que le véhicule électrique reste compétitif à horizon 2030, il

faut diminuer sa consommation.

4.3 Situation avec baisse du coût des infrastructures, bonus écolo-

gique à 6000C et prix des énergies en 2030

Nous avons donc constaté qu’à horizon 2030, la consommation des véhicules thermiques

a une tendance à la baisse (-20% par rapport à 2020) mais ce n’est pas le cas des véhicules

électriques.

Avant de réaliser un scénario prenant en compte une baisse de la consommation des vé-

hicules électriques, nous avons décidé de regarder l’effet d’une augmentation du bonus

écologiques conjointement à la baisse du coût de la borne de recharge pour laquelle l’usa-

ger doit payer les frais d’installations. Nous avons donc dans ce scénario :

— augmenter le bonus écologique à 6 000C (actuellement à 5 300C pour une Twingo

152 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

électrique);

— baisser le prix de l’installation d’une borne à 300C.

La ﬁgure 6.12 représente l’évolution des TCO dans un tel scénario :

FIGURE 6.12 – Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence

avec des prix d’énergie à horizon 2030 et bonus écologique porté à 6000C

Malgré le nombre important de modiﬁcations on remarque assez peu de changement par

rapport à la situation initiale. Les prix sont similaires et le TCO du véhicule électrique

devient inférieur à celui du véhicule thermique pour une même distance journalière. Une

fois encore en supposant qu’on étale le TCO sur une période de 10 ans ce scénario nous

montre que l’acheteur paiera plus cher son véhicule électrique comparé au véhicule ther-

mique s’il parcourt entre 3km et 10km par jours. La tendance s’inverse entre les kilo-

mètres 10 et 20 ce qui veut dire que qu’à partir de cet intervalle, le TCO est en faveur du

véhicule électrique.

On remarque que les prix sont légèrement plus faibles par rapport au scénario initial.

Comme ils ont diminué à la fois pour les deux types de véhicules nous pouvons afﬁrmer

que cette diminution est due aux prix des infrastructures que nous avons baissé et au bo-

nus qui a été réévalué.

En terme de part de marché, le bonus écologique permet de rattraper le retard afﬁché dans

le scénario précédent. Effectivement, le véhicule électrique représente ici 18% des dé-

placements. On constate donc que l’accompagnement de l’achat d’un véhicule électrique

Impact des TCO sur la part du VE dans le traﬁc 153

via un bonus écologique plus élevé a permis de rendre le véhicule électrique plus attrac-

tif. Néanmoins, cela n’a pas permis de lui donner plus d’importance que dans le scénario

intial. Cela souligne donc la nécessité d’accompagner l’achat des véhicules électriques

tant que leur consommation ne permet pas de les rendre compétitifs face aux véhicules

thermiques.

4.4 Situation avec amélioration de la consommation en kWh/100km

des VE en 2030

Les chiffres de TICPE prévoient une hausse du prix des hydro-carburants qui devrait en

partie être compensé par les meilleures performances des véhicules thermiques. Dans le

même temps, le prix de l’électricité devrait augmenter et être davantage taxé du fait de

son utilisation accrue. Bien que le prix de l’électricité reste moins élevé que celui des hy-

drocarbures, le véhicule électrique pourrait perdre de son intérêt pour les consommateurs.

Par conséquent, nous avons voulu tester l’évolution du marché du véhicule électrique

en prenant en compte une éventuelle amélioration de la consommation des moteurs élec-

triques analogues à celle des moteurs thermiques dans des conditions similaires aux autres

scénarios. La ﬁgure 6.13 représente un tel scénario :

FIGURE 6.13 – Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence

avec des prix d’énergie à horizon 2030 et baisse des consommations

154 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

Le CGDD estime que la consommation des moteurs thermiques devrait baisser de 20% à

l’horizon 2030 en se basant sur la progression des performances des véhicules thermiques.

Dès lors, nous avons transposé cette baisse de consommation aux véhicules électriques

aﬁn d’observer les effets de long terme sur le TCO. La consommation de la Twingo élec-

trique a donc été ajustée à 14.4 kWh/100km.

Comme le graphique l’illustre, une amélioration des performances énergétiques du véhi-

cule électrique ne permet pas un gain substantiel de part de marché des citadines, puique

celles-ci ne représente encore que 6% du traﬁc.

D’une part, les consommateurs sont plus sensibles à une réduction immédiate du prix à

l’achat ou à un malus, plutôt qu’à des systèmes de compensation progressifs. Une amélio-

ration des performances du véhicules devrait s’accompagner d’un prix d’achat plus élevé.

Ainsi, tant que le prix d’achat du véhicule électrique et des infrastructures de recharge res-

tera élevé, le véhicule électrique sera moins compétitif qu’un véhicule moins cher. D’autre

part, une amélioration des performances énergétiques du véhicule ne s’accompagne pas

nécessairement d’une amélioration de l’autonomie.

Ainsi, dans ce scénario, un véhicule électrique devient plus rentable qu’un véhicule ther-

mique, qu’à partir du moment où la distance quotidienne parcourue est supérieure à une

distance comprise entre 20km et 30km.

4.5 Situation avec baisse du coût des infrastructures et amélioration

de la consommation des VE

Comme nous l’avons vu précédemment, la situation en 2030 ne semble pas être favorable

à l’usage du véhicule électrique, même avec une baisse de la consommation des VE.

Regardons si une baisse du coût de l’installation de la borne de recharge du véhicule peut

permettre de modiﬁer cette tendance. La ﬁgure 6.15 représente l’évolution des TCO dans

ce scénario :

Impact des TCO sur la part du VE dans le traﬁc 155

FIGURE 6.14 – Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence

avec des prix d’énergie à horizon 2030 et baisse des consommations

Ici, comme énoncé préalablement le coût de l’infrastructure est passé de 1 000 C à 300 C.

Si l’on répartit sur une durée moyenne de possession de 10 ans avec 86% de jours ouvrés

(soit 313 jours), on obtient le chiffre économiser par jour par l’usager du véhicule élec-

trique soit 23 centimes par jour. Un chiffre sommes toute très décevant pour les usagers

au regard des efforts qui seront réalisés. On peut constater que le véhicule électrique est

une fois de plus moins avantageux que dans la situation initiale. Encore ici le véhicule

électrique ne représente que 6% de part de marché. Finalement la baisse du coût des

infrastrucutres n’aura pas permis d’améliorer la situation pour le véhicule électrique. On

comprend qu’il faudrait coupler la baisse des consommations et du prix des infrastructures

avec l’augmentation du bonus écologique.

4.6 Situation avec stationnement gratuit

Comme pour les autres scénarios, nous avons souhaité comparer le TCO d’une Twingo

électrique et thermique en milieu dense (IDF) lorsque le stationnement et la recharge du

véhicule électrique était gratuit.

156 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

FIGURE 6.15 – Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence

avec stationnement en borne gratuit pour les électriques

Pour une utilisation 6 jours par semaine, on s’aperçoit que la voiture électrique devrait

totalement remplacer le parc de véhicules thermiques sur le marché des citadines. En

effet, dans cette conﬁguration le TCO des véhicules électriques est systématiquement

plus faible que celui du véhicule thermique. Cependant, ce scénario permet d’interroger

le rôle que doivent tenir les véhicules électriques dans les mobilités; ainsi une offre de

stationnement et de recharge gratuite risque d’induire une forte demande dans les centres

urbains. Dès lors, le rôle de la voiture électrique ne serait plus que de limiter les émissions

de GES mais serait dépourvu d’effets connexes sur les mobilités urbaines et les pollutions

(bruit routier, pollution de l’air, etc).

5 Discussion

Les solutions actuelles pour rendre les mobilités plus durables ne passent plus nécessaire-

ment par l’amélioration ou le remplacement du parc automobile thermique mais plutôt par

une utilisation plus rationnelle des ressources à notre disposition. Ainsi, en même temps

qu’une partie du parc automobile est effectivement améliorée aﬁn de réduire les émissions

de gaz à effet de serre, des formes de mobilité partagées émergent aﬁn de mieux rentabili-

ser le parc existant. Néanmoins, ces formes d’utilisation partagée sont encore balbutiantes

Discussion 157

mais elles permettent de relativiser le potentiel de développement du marché du véhicule

électrique, notamment au vu des perspectives dégagées par notre modèle.

Ainsi, nos scénarios nous amènent à faire preuve de prudence quant à la croissance du

marché du véhicule électrique. Bien que ces prévisions soient nécessairement imprécises

et favorables au prix des hydrocarbures au vu des données disponibles, le véhicule ther-

mique continuera d’être extrêmement compétitif tant que le prix d’une énergie alternative

restera supérieur au prix d’extraction du pétrole. Néanmoins, les part de marché du vé-

hicules électriques ne sauraient être limités à de simples considérations énergétiques. En

effet, le prix des batteries devrait continuer à rendre le véhicule électrique inaccessible

pour une grande partie de la population. Ainsi, dans la plupart de nos scénarios, une voi-

ture électrique devient rentable lorsque l’utilisateur parcourt au minimum une distance

comprise entre 20km/jour et 30km/jour, alors qu’aujourd’hui 65% des trajets quotidiens

effectués en voiture ne dépassent pas les 5km. Bien qu’une étude du cabinet Bloomberg

souligne que le prix des batteries devrait passer sous la barre de 100$/KwH en 2021 3, il

faut ajouter le prix des infrastructures de recharge au TCO des véhicules électriques. De

plus le prix du stationnement est déterminant : si ce cout était totalement pris en charge

par les collectivités, le parc des véhicules citadins thermiques pourrait être totalement

remplacé, toute chose égale par ailleurs.

Ces résultats soulignent l’importance des programmes d’action publique en faveur du vé-

hicule électrique. Ces politiques publiques, qu’elles soient économiques, règlementaires

ou en urbanisme semblent être un des facteurs essentiels à la formation d’un marché de

masse critique du véhicule électrique. Néanmoins, il faut se demander si le remplacement

total du parc automobile thermique par un parc électrique est souhaitable. Si cela permet-

trait de réduire les émissions de GES, les problématiques liées aux mobilités automobiles

couvrent également d’autres problèmes environnementaux, notamment les pollutions de

l’air et sonores, sociaux et culturels, que le véhicule électrique ne permet pas d’adresser.

Les usages du véhicule particulier constituent une problématique à part entière qu’il faut

traiter conjointement à l’étude du déploiement de véhicules moins polluants. L’exigeance

d’une autonomie toujours plus grande alors que 65% des déplacements ont une portée

inférieure à 5km peut porter à confusion. Finalement, ce travail souligne la nécessité d’un

changement des comportements des usagers tout en accompagnant la conversion du parc

automobile.

3. Battery Pack Prices Cited Below $100/kWh for the First Time in 2020, BloombergNEF’s annual

battery price survey

158 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France

La pluridisciplinarité dans la démarche

de conception mise à l’épreuve par

l’intromission des expertises

Lors de mon master Transports & Mobilités, j’ai découvert des expertises en sciences de

l’ingénieur et en sciences économiques et sociales différentes de celles que j’avais cô-

toyées pendant le début de ma scolarité à l’ENS Paris-Saclay. J’ai été particulièrement

marqué par la complémentarité de l’ensemble de ces disciplines. En effet, les grands pro-

jets d’infrastructures nécessitent des expertises provenant de milieux différents et celles-ci

doivent se combiner pour proposer une feuille de route cohérente aux différents acteurs

du projet; État, collectivités territoriales, autorités administratives, associations et indus-

triels.

J’ai donc souhaité comprendre plus précisément comment les disciplines s’articulaient

autour d’un projet commun. Effectivement, la thématique de l’instruction des dossiers

scientiﬁques et techniques au niveau de la décision me semble être indispensable à saisir

pour ma future carrière. Dans le mémoire qui suit, je me suis donc concentré sur la mise

en œuvre de la démarche pluridisciplinaire au sein d’une entreprise impliquée dans de tels

projets. J’ai fait le choix de retourner à Arep car je connaissais déjà bien son organisation

et ses dynamiques de travail.

Sommaire

1 Résumé ....................................161

2 Introduction .................................161

3 Évaluation des facteurs de formes .....................164

4 Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 165

5 Conclusion ..................................193

160

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

« La ville est l’objet d’un débat structuré qui convoque à la

parole et la prise de position tous ceux qui se préoccupent du

devenir d’une société. »

Christian Topalov, « De la "question sociale" aux "problèmes urbains" les réformateurs

et le peuple des métropoles au tournant du XXe siècle », Revue internationale des

sciences sociales, août 1990, p. 359-376

Résumé 161

1 Résumé

Les outils de modélisation du micro-climat urbain nécessitent une certaine technique. Ils

sont issus d’une expertise sans faille en mathématiques et physiques appliquées, notam-

ment en mécanique des ﬂuides et en thermique. A priori réalisés pour et par des experts,

il est néanmoins intéressant de se demander si certaines versions « simpliﬁées » de tels

outils peuvent être directement employées lors des démarches de conception.

Effectivement, depuis l’avènement de l’urbanisme et de la planiﬁcation urbaine au début

du XXeme siècle, les études urbaines ont renforcé, et institutionnalisé, leur caractère plu-

ridisciplinaire. Cependant, malgré cette pluridisciplinarité, les collaborations fructueuses

sont rares.

La présentation d’un outil développé avec les experts en confort thermique et aéraulique

de l’agence d’architecture AREP, permet dans un premier temps de comprendre les sa-

voirs techniques qui sont mobilisés pour aider à la compréhension du climat urbain, et

donc aider à l’aménagement. Le présent travail interrogera ensuite, après un rappel des

faits historiques marquant les études urbaines, les causes des échecs des démarches pluri-

disciplinaires. Si l’absence d’une méthode claire chez les concepteurs ainsi que le « cor-

poratisme » de certaines professions sont en cause, il apparaît également que la rigidité

des systèmes de valeurs freine le bon déroulement des démarches.

2 Introduction

162

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

La trahison des images est le titre de la fameuse œuvre de René Magritte, représentant

une pipe sous laquelle ﬁgure la phrase Ceci n’est pas une pipe. En niant ce qui apparaît

comme une évidence, Magritte propose une réﬂexion sur le lien entre imaginaire,

représentation et concret. Effectivement, l’image d’une pipe n’est pas une pipe, et ce

que l’œuvre donne à voir n’est pas non plus une pipe. Il paraît pourtant évident que ce

qui est donné à regarder est la représentation exacte de ce que le mot « pipe » évoque.

Si la phrase Ceci n’est pas une pipe paraît paradoxale, c’est car elle oblige à remettre

en question le lien que nous faisons entre imaginaire et concret. C’est ce que cherche

également à faire, plus humblement mais peut être de manière plus provocante, l’image

de couverture de ce travail. Il pourrait être évident pour certaines personnes que cette

équation entre en jeu dans l’étude du climat urbain. Pourtant, dans l’imaginaire collectif,

jamais le mot « urbanisme » ne provoquerait une telle image. Alors que les expertises

en climatologie ou bien en économie prennent de plus en plus place dans les réﬂexions

en études urbaines, la représentation de ces études dans l’espace public puis dans les

imaginaires ne semble pas restituer cette pluralité. Ce travail veut donc interroger la place

que prennent les expertises scientiﬁques dans les réﬂexions sur la fabrique de la ville,

ainsi que la place qui leur est accordée en retour.

Ce mémoire a été conçu à l’image de ma formation. Je voulais que celle-ci m’apporte

de solides connaissances en sciences de l’ingénieur d’abord, puis en aménagement du

territoire. Ce cursus pluridisciplinaire a été rendu possible grâce à l’École Normale

Supérieure Paris-Saclay, à l’École d’Urbanisme de Paris ainsi qu’à l’École des Ponts

ParisTech. Ce mémoire est donc constitué d’une première partie technique, décrivant le

développement et la mise à l’épreuve de l’outil que nous avons créé avec L’hypercube.

Cette partie s’apparente à un rapport de stage. Vient ensuite une deuxième grande partie

qui analyse plus potentialités de tels outils lorsqu’ils sont intégrés à une démarche urba-

nistique. Au fur et à mesure que je développais l’outil demandé, le sujet du mémoire de

recherche qui suit le rapport de stage me paraissait de plus en plus évident. L’hypercube

est une entité pluridisciplinaire, spécialisée en modélisation thermiques et en mécanique

des ﬂuides numérique. Elle fournit des expertises dans ces domaines aux concepteurs

de l’agence. Elle fait donc partie d’une démarche pluridisciplinaire, signature d’AREP.

Cependant, en développant l’outil, je me rendais compte que celui-ci ne serait exploitable

que par mes tuteurs qui ont suivi son déroulement de A à Z. Ainsi, je me demandais

quelle place pouvait occuper ce type d’outil numérique dans une démarche plus globale

de conception. C’est donc volontairement que le rapport de stage et le mémoire sont mis

en regard dans ce document. Cet agencement est fait pour interroger sur la vision de la

Introduction 163

démarche de conception. Car si les premières pages ne semblent pas traiter d’urbanisme,

les pages qui suivent viennent démontrer l’inverse.

La première différence évidente entre les cursus que ma formation m’a permis d’experi-

menter est d’un côté un savoir basé sur un bagage mathématique et physique important,

et de l’autre côté un savoir basé sur des écrits sociologiques et économiques. Alors que le

premier s’acquiert par la rigueur et l’exercie, le second s’acquiert en grande partie grâce

à des lectures personnelles riches et diversiﬁées. Je voulais souligner cette différence de

méthode car elle m’a parut fondamentale pour comprendre comment travailler avec mes

camarades étudiants des différents cursus. Cette observation a soulevé quelques interro-

gations; dans quelles mesures la recherche en matériaux, en efﬁcacité énergétique, en

confort etc ... et le travail effectué lors de ce stage participent aux recherches menées en

urbanisme?

Ensuite, je voulais utiliser l’expérience apportée par mes trois stages consécutifs au sein

de L’hypercube pour comprendre comment communiquaient entre elles les branches

techniques et urbanistes. Le but ici est de comprendre dans quelles mesures les savoirs

développés des deux côtés sont complémentaires. Pour assurer la complémentarité,

et donc la continuité, de ces savoirs il semble essentiel de comprendre comment ces

différentes entités travaillent. Une autre interrogation émerge alors; pourquoi la démarche

purement urbanistique ne sufﬁt elle pas à analyser/envisager un projet urbain, notamment

dans un objectif de société bas-carbone? Pourquoi la pluridisciplinarité est essentielle?

Pour répondre à ces interrogations, une approche historique me semblait nécessaire. Il

faut comprendre d’où vient l’ « art urbain » et comment il s’est formalisé pour éclairer

le travail des très nombreux acteurs qui y prennent part. Ensuite est proposé d’analy-

ser comment cette nouvelle discipline, bien que profondément pluridisciplinaire, a une

perméabilité toute relative aux notions et principes émanant de sciences plus éloignées

de l’aménagement urbain. Finalement, il est proposé d’utiliser les observations réalisées

pendant le stage pour mettre en exergue ce qui a été analysé dans les parties précédentes.

164

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

3 Évaluation des facteurs de formes

Cette partie n’est pas présentée ici car elle a fait l’objet d’un article de conférence qui

ﬁgure dans le chapitre suivant. Seule la conclusion de cette partie ﬁgure ci-après :

3.1 Conclusion du chapitre

Les travaux exposés dans ce chapitre ont permis le développement d’une routine de calcul

de FF qui sera réutilisée pour d’autres applications (technicentres, confort intérieur...). Le

temps de calcul nécessaire à la détermination de l’ensemble des facteurs de forme peut

être long. Néanmoins, comme montré précédemment, il sufﬁt de calculer tous ces FF une

unique fois. Après quoi il est possible d’analyser l’évolution de leur valeur en fonction

de la distance entre cellules et du rapport entre surfaces. De cette analyse peut découler

deux critères limites de calcul, un sur la distance et un sur le rapport des surfaces.

Dans l’exemple étudié, il a été montré que pour une distance supérieure à 50 mètres

entre cellules, les facteurs de forme devenaient négligeables. Cependant, il a aussi été

montré que pour n’importe quel rapport de surface il était possible de trouver des valeurs

de facteurs de forme non-négligeables. Finalement, l’unique critère sur la distance

entre cellules a permis de réduire les calculs de 80% environ. Les calculs ont en sus été

accélérés de 50% par le recours à cython, language à mi-chemin entre du C et du python.

Les principaux résultats sont résumés comme suit :

— même si la prise en considération de facteurs de forme exacts impliquent des résul-

tats sensiblement plus précis, le calcul de MRT peut se faire sans y avoir recours;

— l’impact sur la température de surface est plus sensible en situation estivale qu’en

situation hivernale;

— l’impact sur la température de surface est plus important pour les surfaces proches

des bâtiments;

— il semble y avoir une meilleure représentation du phénomène d’îlot de chaleur ur-

bain avec prise en compte des FF exacts.

Enﬁn, il faut noter que le ﬁchier météorologique peut inﬂuencer grandement les phéno-

mènes d’îlot de chaleur urbain. En effet, des tests menés en parallèle sur le climat de

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 165

Hanoï à partir de l’outil développé durant le stage ont montré qu’une même forme ur-

baine ne présentait pas nécessairement la même réponse vis à vis du phénomène d’ICU

en climat tropical humide qu’en climat continental. Par manque de temps, il n’a pas été

possible d’étudier la prise en compte des FF exacts en fonction des climats. Cela peut

donc être une piste d’approfondissement pour la suite.

4 Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques

et urbanistiques

4.1 Introduction

Le but de ce dernier chapitre est d’étudier le positionnement de la recherche appliquée

et des outils qui en découlent par rapport à la démarche d’aménagement urbain. Effecti-

vement, l’outil développé et présenté précédemment est le fruit d’un travail au sein d’un

bureau de recherche appliquée d’une agence pluridisciplinaire d’aménagement urbain.

Si cet outil a fait ses preuves pour les chercheurs et chercheuses de ce bureau, il faut

maintenant essayer de comprendre ce qu’il apporte plus généralement aux projets qui

sont développés par l’ensemble des collaborateurs. Autrement dit; à quoi sert-il?

Pour étudier ce positionnement de manière critique, une approche historique est proposée.

Dans un premier temps, il paraît nécessaire de comprendre comment la recherche et

les études urbaines se sont développées en France, depuis l’avénement de l’urbanisme

jusqu’à aujourd’hui. Effectivement, l’aménagement urbain est un processus long im-

pliquant plusieurs corps de métiers. Ainsi, les apports aux études urbaines proviennent

de divers horizons; sciences humaines et sociales, architecture, géographie, génie civil,

hygiénisme etc ... Il faut donc comprendre comment les jeux de ces différents acteurs

se sont articulés sur les scènes nationale et internationale. Il sera étudié la manière à

laquelle des conﬂits ont pris place sur cette scène, et comment des professions se sont

imposées et d’autres effacées. Aujourd’hui les études urbaines sont envisagées selon

une démarche pluridisciplinaire. Cependant, les collaborations ne sont pas pour autant

fructueuses, notamment à cause des conﬂits évoqués plus haut. Il apparaît donc que la

démarche pluridisciplinaire en matière d’aménagement est en perpétuelle construction.

166

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

Les études urbaines voient donc leur géométrie évoluer en permanence. Cette ﬂexibilité

découle fortement de la prédominance de certains sujets dans notre société. Ainsi, depuis

les années 90 et l’afﬁrmation de la notion de développement durable, les études urbaines

doivent prendre en considération des recherches liées à ses trois piliers; économique,

social et environnemental. Cependant, la prise en compte du volet environnemental

semble bien plus avancée mais aussi mal développée par les concepteurs. Comme il

sera étudié dans ce qui suit, ces derniers semblent parfois ne s’approprier que le volet

environnemental, quitte à en faire un argument marketing. « Respecter l’environnement »

devient vendeur. Ces écarts entre ce que le développement durable exige et sa mise en

pratique sont représentatifs de systèmes de valeurs propres aux professions impliquées

dans l’aménagement. Comme analysé dans ce qui suit, si la manière d’envisager

l’urbanisme est ﬂexible, il subsiste cependant une forte inertie due à des considérations

professionnelles qui héritent des habitudes d’une autre époque.

Finalement, c’est après avoir étudié l’institutionnalisation des études urbaines, leur carac-

tère pluridisciplinaire ainsi que leur capacité relative à voir évoluer leur paradigme qu’il

sera proposé d’analyser la position de la recherche appliquée, et notamment de l’outil

développé lors de ce stage, vis à vis de la démarche de conception en urbanisme. Cette

analyse a notamment été rendue possible grâce à quelques entretiens menés avec les em-

ployés de L’hypercube d’AREP. Dans ce qui suit « urbaniste » fait référence à un profes-

sionnel spécialisé dans l’ordonnancement de l’espace urbain. Tandis que « technicien »

fait référence à un spécialiste dans l’application pratique des sciences.« Scientiﬁque » fait

référence à un expert dans un domaine des sciences. Cette distinction est importante car

comme il sera montré dans ce qui suit, un urbaniste n’est pas nécessairement scientiﬁque

ou technicien, de même qu’un technicien n’est pas nécessairement un scientiﬁque.

4.2 Organisation des savoirs et savoir-faire en urbanisme

Il aura fallu attendre le début du XXeme siècle et la loi du 14 mars 1919, dite Loi

Cornudet, pour dessiner les contours de la planiﬁcation urbaine et déclencher l’in-

terventionnisme de l’État dans la fabrique de la ville. Cette loi, instaurant le Plan

d’Aménagements, d’Extension et d’Embellissement des villes (PAEE), a en effet été

accompagnée par une institutionnalisation des savoirs et savoir-faire en matière d’aména-

gement urbain. Elle acte également la naissance de la planiﬁcation à l’échelle nationale

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 167

et, bien que devenant rapidement obsolète, sera suivie par une série de plans; les Plans

de reconstruction et d’aménagements en zone bombardée en 1940, les Plans d’urbanisme

directeurs à partir de 1958, les Schémas d’Aménagements Directeur Urbain (SDAU) à

partir des années 1960, ou encore les Schémas de Cohérence Territoriale (SCOT) plus

tard dans les années 2000.

Dans cette partie est étudiée comment l’urbanisme est devenue une pratique, une tech-

nique autour de laquelle gravite une multitude de professions. Et comment malgré les

dynamiques enclenchées assez tôt au XIXeme, la démarche de conception interprofes-

sionnelle a eu du mal à voir le jour.

4.2.1 Naissance de l’urbanisme

Avant le XIXeme siècle l’État n’intervient que sporadiquement dans l’aménagement

des villes, notamment à travers des législation portant sur des plans d’alignement pour

les villes de plus de 2 000 habitants (1807) ou bien sur les expropriations (1841). Ainsi,

en matière d’art urbain et d’aménagement du territoire se sont essentiellement des

professions libérales qui sont à l’oeuvre; médecins, ingénieurs, géographes ou encore

architectes.

Comme analysé dans (GAUDIN,1987), l’aménagement des espaces urbains au XIXeme

siècle est profondément marqué par l’hygiénisme. En effet, à cette époque les villes sont

vues comme des « marais » dans lesquels se développent les maladies et où l’espérance de

vie est bien plus faible qu’à la campagne (POUSSOU,1992). Les hygiénistes, composés

d’abord de médecins auxquels vont s’ajouter des techniciens municipaux puis des

ingénieurs, s’attèlent alors à la tâche d’assainir les villes. Les villes sont considérées

comme hébergeant un ensemble de ﬂux dont « l’écoulement optimal est garant de la

santé » (BARLES,2011). Ces espaces vont alors voir naître en leur sein des infrastructures

en réseau permettant la maîtrise de trois éléments; l’air, l’eau et le sol. C’est donc par

le prisme de la salubrité et de la santé, proposé essentiellement par les hygiénistes, que

les villes vont être modelées. La planiﬁcation urbaine n’est donc pas encore de mise.

Un nouvel élément dans l’étude des villes va alors suggérer la nécessité de planiﬁcation.

Cet élément est la croissance démographique importante des grandes villes, entrainant

un entassement de la population et une extension plus ou moins chaotiques des villes. Si

l’approche hygiéniste permet d’éviter l’insalubrité induite par la première conséquence,

elle ne permet pas cependant d’aborder la deuxième conséquence; l’étalement urbain.

168

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

La démarche prévisionnelle dans l’art urbain devient donc plus que nécessaire. Les

professions auparavant mobilisées dans la démarche hygiéniste vont alors soutenir l’ini-

tiative de planiﬁcation urbaine, puis tenter de légitimer leur présence dans ce projet. Ainsi

géomètres, ingénieurs, architectes et autres professions vont s’affronter pour imposer

leur vision de la planiﬁcation urbaine, (GAUDIN,1987). S’il existe des confrontations,

il y a également des initiatives fédératrices. Cette scène s’organise autour de grandes

associations telles que le Musée Social, créé en 1894, ou encore l’Association Générale

des Hygiénistes et Techniciens Municipaux (AGHTM), ancêtre de l’actuelle Association

Scientiﬁque et Technique pour l’Eau et l’Environnement (ASTEE).

D’abord le Musée Social, c’est une association de professionnels qui créé en 1908 une

section d’Hygiène urbaine et rurale. Cette section va coordonner l’action de différentes

associations telles que la Société française des habitations à bon marché, la Société

pour la protection des paysages de France, la Société des espaces libres et terrains de

jeux, ou encore la Société française des architectes et urbanistes. Cette division du

travail permet, comme le laisse penser les noms de ces différentes sociétés, d’aborder

l’ensemble des problématiques propres à la planiﬁcation urbaine; le logement ouvrier,

les espaces publics, les réseaux d’infrastructures. L’AGHTM a elle vocation à fédérer

les différentes professions de l’aménagement en évitant la prédominance de l’une sur

les autres. Ainsi, architectes, ingénieurs, hygiénistes et élus y sont représentés. Elle

organise des conférences et des colloques. Elle publie également sa propre revue à

partir de 1906 intitulée « Technique Sanitaire et Municipale » (TSM). Comme son nom

l’indique, cette revue s’adresse essentiellement aux techniciens des municipalités, et

son contenu principalement technique couvre les principales problématiques liées au

développement urbain des municipalités de l’époque; la gestion et la valorisation des

déchets, l’assainissement de l’eau. De plus, comme analysé dans (FRIOUX,2017), le fait

que cette revue soit encore éditée montre l’intérêt que l’association a suscité auprès de

professions différentes (ingénieurs, entrepreneurs, élus, techniciens, experts) tout au long

du siècle écoulé.

Grâce à ces entités, des études techniques interprofessionnelles ont pu être réalisées aﬁn

de guider les commissions parlementaires dans l’adoption des textes de lois marquant

l’avènement de la planiﬁcation urbaine (GAUDIN,1987).

Il est maintenant proposé d’observer comment s’est déroulée la spécialisation des corps

de métier dans l’urbanisme, comment sont « apparus » les premiers urbanistes.

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 169

4.2.2 Institutionnalisation, professionnalisation et spécialisation des corps de mé-

tier

Le XXeme siècle voit donc acter la reconnaissance légale de l’urbanisme ainsi que

la nécessité de la planiﬁcation urbaine. Il est alors nécessaire de savoir comment les

acteurs prenant part à cette planiﬁcation vont être formés et spécialisés. Car si la loi de

1919 impose un PAEE à certaines communes, elle impose également le recourt, pour la

constitution des plans, à un « homme de l’art » 1, comprendre « praticien ». C’est à dire la

personne qui possède le savoir et le savoir-faire pour planiﬁer.

Le problème est alors de savoir qui peut être un « homme de l’art ». Car si ce terme

recouvre a priori une multitude de déﬁnition, ce n’est pourtant pas celui qui était employé

dans les premiers projets de loi portant sur l’urbanisme. En effet, les projets de lois

antérieurs à celle de 1919 précisaient que l’architecte était la personne la plus qualiﬁée

pour élaborer des plans, et que cette personne devait être reconnue pour ses travaux

antérieurs et recrutée sur concours. Cependant, cette proprosition de législation s’orientait

beaucoup trop en faveur des architectes d’une part, et trop en faveur des membres des

sociétés chapeautées par le Musée social d’autre part. Effectivement, la Société française

des urbanistes et architectes regroupait en son sein l’essentiel des architectes ayant

été primés pour leurs travaux antérieurs lors de concours internationaux. Le risque

d’exclusion d’une grande partie des agents municipaux, qui ont pourtant l’avantage

de l’expérience, était donc bien trop grand. Il apparaît donc que le terme « homme de

l’art » est employé pour élargir le champ des possibles et permettre de faire appel a des

proﬁls conjuguant connaissances scientiﬁques et pratique de terrain. De cette déﬁnition

de « l’homme de l’art » par opposition à un professionnel qui serait cloisonné dans une

discipline, découle la nécessité de faire collaborer, de fédérer différents corps de métiers.

Du côté de l’État, le but est de maîtriser le développement parfois anarchique des villes.

Les moyens mis en oeuvre pour atteindre cet objectif peuvent être vus comme une mise

sous tutelle de la planiﬁcation des municipalités. Effectivement, suite à la législation

sur l’urbanisme seront installées des Commissions chargées de l’évaluation des plans.

Ainsi les municipalités doivent élaborer un plan, qui sera revu par une commission

départementale qui le soumettra ensuite à la Commission supérieure qui pourra alors, ou

1. Loi Cornudet du 14 mars 1919, Legifrance.fr

170

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

non, déclarer le plan comme d’utilité publique. Cependant, ce principe de fonctionnement

débouchera sur des situations d’expertises dans lesquelles une poignée de spécialistes dé-

livrent conseils et avis techniques au plus haut niveau de l’administration. De plus, du fait

de la proximité entre la sphère politique et les sociétés et associations de professionnels

étudiée précédemment, il s’avère que ces spécialistes sont bien souvent des architectes

légitimés par leurs expériences. Finalement, comme analysé dans (CLAUDE & SAUNIER,

1999), les initiatives interprofessionnelles aux débuts de l’urbanisme semblent donc être

des voeux pieux et un cloisonnement certain des professions apparaît avec l’intervention

de l’État.

Du côté des professionnels et des formateurs, la synthèse des savoirs n’a pas nécessaire-

ment été mieux élaborée. Citons par exemple le « brevet d’hygiéniste-technicien » créé à

l’intiative de l’AGHTM et du Conservatoire National des Arts et Métiers et qui voit le jour

en 1924. Cette formation recrutera essentiellement des ingénieurs parisiens (FRIOUX,

2009), ou bien des hygiénistes connus déjà en poste comme le Dr. Pissot, directeur du

bureau d’hygiène de Versailles. Les provinciaux seront donc tenus plus ou moins à l’écart

de cette formation, enracinant un peu plus les cloisonnement entre professions et entre la

capitale et la province. De plus, comme analysé dans (FRIOUX,2009), l’École des Hautes

Études Urbaines, succédant à l’Institut d’Histoire, de Géographie et d’Économie Urbaine

créée en 1915 par Marcel Poëte, et qui devient en 1924 le premier Institut d’Urbanisme

rattaché à l’université de Paris, échoue à dégager une méthode commune aux territoires

français et aux acteurs de la planiﬁcation. En effet, il ressort de (FRIOUX,2009) que

malgré le caractère audacieux et innovant de l’Institut d’Urbanisme, celui-ci n’aura à ses

début que peu inﬂuencé la planiﬁcation au niveau nationale. Cependant il ressort aussi

que c’est certainement grâce à l’École Nationale d’Administration Municipale que des

méthodes ont été propagées jusqu’aux acteurs territoriaux.

Le dyptique formé par l’État et les collectivités territoriale semble donc emprunt d’une

forte inertie. En effet, la mise en place d’une planiﬁcation urbaine cohérente à l’échelle du

territoire nationale, et qui parvienne à faire collaborer l’ensemble des professions devant

être mobilisées, est lente. C’est par la création d’une nouvelle entité que ce duo compte

se faire aider; les agences d’urbanisme.

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 171

4.2.3 L’arrivée des agences d’urbanisme

D’une volonté commune à l’État et aux collectivités territoriales, des entités voient le jour

dans les années soixante pour aider à la planiﬁcation urbaine. En effet, l’État souhaite

mettre en place une stricte réglementation de l’usage des sols au service d’un projet global

d’extension urbaine, qui serait un cadre légal dans lequel les collectivités territoriales

pourrant évoluer. Avec la loi d’Orientation Foncière (LOF) de 1967, les premières agences

d’urbanisme sont créés. Elles doivent aider les collectivités à la rédaction des Schémas

Directeur d’Aménagement et d’Urbanisme et des Plans d’Occupation des Sols. Elles sont

organisées en association loi 1901, de droit privé constitué d’un intérêt public. Ce statut

permet d’une part le but non lucratif et d’autre part la neutralité politique des entités.

L’article L132-6 du Code de l’urbanisme déﬁni les agences d’urbanisme de la manière

Les communes, les établissements publics de coopération intercommunale

et les collectivités territoriales peuvent créer avec l’État et les établissements

publics ou autres organismes qui contribuent à l’aménagement et au dévelop-

pement de leur territoire, des organismes de réﬂexions, d’études et d’accom-

pagnement des politiques publiques, appelés «agences d’urbanisme». Ces

agences d’ingénierie partenariale ont notamment pour mission de :

– suivre les évolutions urbaines et développer l’observation territoriale,

– participer à la déﬁnition des politiques d’aménagement et de développe-

ment et à l’élaboration des documents d’urbanisme et de planiﬁcation qui

leur sont liés, notamment les schémas de cohérence territoriale et les plans

locaux d’urbanisme intercommunaux,

– préparer les projets d’agglomération, métropolitains et territoriaux, dans

un souci d’approche intégrée et d’harmonisation des politiques publiques,

– de contribuer à diffuser l’innovation, les démarches et les outils du déve-

loppement territorial durable, la qualité paysagère et urbaine,

– d’accompagner les coopérations transfrontalières et les coopérations dé-

centralisées liées aux stratégies urbaines.

Ces agences traduisent donc la volonté de coopération et continuité entre les lois relatives

à l’aménagement territorial et leur mise en application dans les collectivités. De cet

esprit de coopération découlera la création de la Fédération Nationale des Agences

172

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

d’Urbanisme en 1977, lieu de collaboration et de partage d’idées entre les agences.

Cependant, il est intéressant de noter que dans la déﬁnition de l’agence d’urbanisme

aucune profession n’est précisément nommée. Il apparaît tout de même qu’au vu des

tâches qui lui sont conﬁées, l’agence ne peut exister autrement qu’à travers une forte

interprofessionnalité.

Comme analysé dans (BENDJADOR,2007), les agences d’urbanisme sont passées d’outil

d’État à outil des collectivités avec la mise en place des lois sur la décentralisation dans

les années quatre-vingt dix. En effet, la mise en application de la décentralisation va

modiﬁer la position des agences au regard de la planiﬁcation. Auparavant médiateur entre

l’État central et les collectivités, les agences sont maintenant purement orientées vers la

collectivité. Effectivement, avec le transfert de compétence en aménagement territorial de

l’État vers les collectivités, les agences sont sous l’autorité immédiate des élus. Elles vont

alors se spécialiser aux problématiques propres à leurs territoire, comme l’élaboration

des plans d’occupations des sols, et de fait s’éloigneront de l’administration centrale. Ce

paysage politique ne fera pas l’objet d’une analyse approfondie ici. On se contentera de

noter « l’enracinement local » des agences d’urbanisme (BENDJADOR,2007). Ce qui

doit plus retenir notre attention dans le cadre de ce mémoire est la pluridisciplinarité

ancrée dans ces agences depuis leur création. Il sufﬁt de regarder la composition de ces

agences, exposée dans (PRÉVOT et al., 2008), pour réaliser la diversité des professions

participant à la réﬂexion sur l’aménagement urbain; architectes (17,79 %), économistes

(16,56 %), projecteurs/techniciens (14,72 %), ingénieurs (9,82 %), sociologues (7,98

%), géographes (7,98 %), urbanistes (7,98 %), informaticiens (5,52 %), documentalistes

(3,68 %), paysagistes (0,61 %), juristes (0,61 %), divers (6,25 %).

Au regard de ces faits et chiffres, il convient de noter que les agences d’urbanisme ont été

pionnières à plusieurs égards. Tout d’abord, comme nous venons de le voir, ces structures

sont par essence pluridisciplinaires. Ensuite, elles ont été un moyen de stopper la pré-

dominance des architectes dans la planiﬁcation urbaine, qui étaient vus, comme analysé

précédemment, comme les uniques « hommes de l’art » compétents en matière d’amé-

nagement urbain. Enﬁn, le fait que la plupart des ces agences étaient intercommunales

constitue un fait nouveau à une époque où les institutions intercommunales n’existaient

pas. Les agences vont d’ailleurs être promotrices de l’intercommunalité. Cette volonté de

fédérer des équipes pluridisciplinaires locales serait une manière de contourner l’inertie

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 173

propre aux projets menés avec l’administration centrale (PRÉVOT et al., 2008). Ainsi, les

intercommunalités ont pu développer une véritable expertise sur leur territoire. Finale-

ment, il faut aussi souligner le fait que la LOF ne prévoyait pas de couverture géogra-

phique pour les agences d’urbanisme, ni ne leur prédestinait un quelconque rayon d’ac-

tion. De nombreuses zones du territoire métropolitain n’ont donc jamais saisi l’occasion

de mettre en place leurs agences. La ﬁgure 7.1 représente les différentes agences d’urba-

nisme présentent sur le territoire français en 2019.

FIGURE 7.1 – Agences d’urbanisme en France en 2020, source : fnau.org

174

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

Loin de recouvrir toute la surface du territoire, l’aire couverte par les agences d’ur-

banisme représente tout de même 70% de la population 2. Cette répartition a priori

erratique, pourrait être éclairée par la carte des réseaux de Sociétés d’Économie Mixte

et de la Société Centrale d’Équipement du Territoire, comme suggéré dans (PRÉVOT

et al., 2008). Cependant, l’analyse du fonctionnement de ces agences n’est pas le sujet

traité. Il faut retenir que ces entités ont su construire une expertise territoriale, notamment

grâce à des équipes pluridisciplinaires et sans doute moins entâchées par les sociétés et

associations de professionnels analysées précédemment.

Enﬁn, ces structures présentées jusqu’à maintenant semblent être la marque d’un

intervientionnisme d’État toujours plus puissant, car bien que leurs statuts juridiques

soient fragiles, il faut rappeler que le texte originel de la LOF prévoyait que les agences

fussent des établissements publics à part entière, mais que les décrets le prévoyant n’ont

jamais été formalisés (BENDJADOR,2007). Ainsi, bien qu’en lien étroit avec l’État dans

un premier temps, puis avec les élus et collectivités territoriales dans un second, il existe

au sein de ces structures une certaine porosité. Cette dernière a d’ailleurs permis aux

premières structures publiques d’accueillir des acteurs privés, type Bureaux d’Études,

qui travaillaient auparavant pour le compte du Commisariat Général au Plan ou bien le

Ministère de l’Équipement par exemple. Autrement dit, cette perméabilité des nouvelles

structures a permis de « faire bénéﬁcier l’administration du savoir-faire des bureaux

d’études », (QUERRIEN,2006).

4.2.4 Premiers constats

Cette première partie aura été l’occasion de comprendre comment l’urbanisme a été

pensé en tant que discipline depuis le siècle dernier. Il a été analysé que cette displine,

avant d’être reconnue par les textes de lois, était l’affaire de quelques professions libérales

et que sa pratique était tout sauf uniﬁée à l’échelle nationale. Avec les premiers textes de

lois, la formation à l’urbanisme et la spécialisation des professions ont pu voir le jour.

Ce mouvement, insufﬂé notamment grâce aux démarchages de certaines associations

de professionnels et de quelques haut-fonctionnaires, a permis de structurer le domaine

des études urbaines. Cette structuration s’est faite par une forte institutionnalisation des

projets d’urbanisme et la création d’entités publiques chargées de les préparer et les

faire appliquer; Groupe d’études et de programmation (GEP) relevant de la direction

2. https://www.fnau.org/fr/les-agences-durbanisme/

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 175

départementale de l’équipement, puis ateliers d’urbanisme, puis agences d’urbanisme

entre autres (LINOSSIER,2014).

Au départ compétence de l’État, la réalisation de grands projets urbains a entrainé

avec sa délégation aux collectivités et élus locaux une territorialisation des savoirs et

savoire-faire. La multiplication des initiatives, notamment la création d’agences d’urba-

nisme, à des échelles locales a donné lieu au foisonnement de la culture urbanistique sur

l’ensemble du territoire français. Ce développement aura en particulier été permis par des

démarches intensiﬁant la pluridisciplinarité dans les projets urbains et mettant en avant

une perméabilité certaine entre sphère politique et sphère technique, secteur publique et

secteur privé (LINOSSIER,2014).

Cependant, ce n’est pas parce que le projet urbain est aujourd’hui envisagé comme

pluridisciplinaire et que les entités telles les agences d’urbanisme et les bureaux d’études

représentent une diversité de professions, que la démarche de conception en urbanisme

est assez ﬂexible pour donner sa juste place à tous les points de vues. Effectivement,

malgré un éventail toujours plus large des techniques mis à proﬁt dans les projets, un

cloisonnement des pratiques continue d’exister.

C’est dans ce paysage hétérogène en techniques et méthodes qu’il sera tenté d’identiﬁer

le positionnement de l’outil développé lors de ce stage. Avant d’aborder cette partie plus

spéciﬁque, il est proposé d’étudier comment ce milieu déjà très codiﬁé à notre époque

réagit à l’arrivée, à la ﬁn des années 1990, d’une nouvelle notion; le développement du-

rable.

4.3 L’urbanisme confronté à l’aménagement de villes durables

La partie précédente a permis de comprendre comment les acteurs de l’urbanisme se

sont emparées de la planiﬁcation. Il a été montré que la fabrique urbaine fait appel à

une multitude de professions qui ont souvent du mal à développer une véritable synergie,

notamment à cause d’une administration complexe, de statuts juridiques incertains, ou

encore d’un marché public échappant à une pure logique mercantile (LINOSSIER,2014).

Pourtant l’interprofessionnalité en matière d’aménagement va devenir de plus en plus né-

cessaire à la ﬁn du XXeme siècle avec l’apparition de la notion de développement durable.

176

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

Cette partie s’attache à étudier comment les concepteurs de l’environnement urbain se sai-

sissent de cette nouvelle problématique nécessitant toujours plus d’études techniques et

théoriques, renforçant ainsi le caractère pluridisciplinaire des études urbaines.

4.3.1 Émergence d’un nouveau paradigme pour la planiﬁcation urbaine

Dans ce tavail le développement durable sera considéré en tant que paradigme, au sens

épistémologique du terme, c’est à dire : Conception théorique dominante ayant cours

à une certaine époque dans une communauté scientiﬁque donnée, qui fonde les types

d’explication envisageables, et les types de faits à découvrir dans une science donnée 3.

Si cette déﬁnition a été choisie c’est parce qu’elle fait du développement durable une

notion intervenant dans le projet urbain depuis ses fondements, jusqu’à sa mise en pra-

tique. Ainsi, la « communauté scientiﬁque » et la « science » considérées sont les études

urbaines et les professions prenant part à son développement, chercheurs et prarticiens

compris. Ce choix n’est cependant pas le plus pragmatique car, comme analysé dans

(TRIBOUT,2015), ce terme peut posséder autant de déﬁnitions que de professions qui

s’en emparent. Effectivement, le développement durable est régulièrement repris comme

« une notion », « un concept », « une théorie » ou encore « un objet » (PINSON et al.,

2011). La déﬁnition choisie ici présente alors le mérite d’être objective et de détermi-

ner un cadre, une référence, à l’ensemble des acteurs que nous allons étudier dans la suite.

Le développement soutenable, introduit en 1987 par le rapport « Our common future »

soumis à l’Assemblée générale des Nations Unis par Madame Brundtland (présidente

de la commission mondiale sur l’environnement et le développement), est encore

régulièrement évoqué sous le nom de développement durable. Cette dénomination

est incorrecte à plusieurs égards mais ce n’est pas le sujet de ce travail. Nous nous

contenterons simplement de signaler qu’avec cette dénomination, le paradoxe d’une

croissance inﬁnie dans un monde ﬁni ne peut être adressé. Le développement soutenable

donc, est déﬁni comme répondant « aux besoins présents sans compromettre les capacités

des générations futures de répondre aux leurs ». Dans sa thèse (TRIBOUT,2015), Silvère

Tribout analyse comment à partir de cette déﬁnition assez simple et très générale, les

concepteurs en urbanisme vont s’approprier et modiﬁer ce concept, alors même qu’il ne

3. https ://www.cnrtl.fr/deﬁnition/paradigme

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 177

devrait être l’objet d’aucune interprétation ni subjectivité. Bien loin donc du paradigme

espéré en études urbaines, le développement durable a suscité des prises de positions

diverses et variées selon les professions (BÉAL et al., 2011). Ainsi, le premier obstacle

auquel est confronté ce que l’on pourrait appeler l’aménagement durable du territoire

est le fait que les concepteurs échouent à le voir comme un cadre, une référence. Au lieu

d’être considéré comme paradigme, le développement durable devient un vague principe

duquel sont tirées quelques leçons d’écologie, de respect de la biodiversité et de climat

urbain. Dans le pire des cas, le développement durable peut devenir une étiquette, un

argument commercial car il est vendeur (TRIBOUT,2015).

Cet écart entre la portée originelle du développement durable et ce que certains concep-

teurs en font, est réprésentatif des différences de savoirs. En effet, le rapport Brundtland

est issu d’une coopération internationale mêlant ONG, experts, scientiﬁques, industriels,

pour apporter une vision élargie d’un problème d’ampleur planétaire. Ainsi, ce travail

pluridisciplinaire a vocation à élargir le champ de réﬂexion de tout acteur désirant

se saisir des problématiques sociales, économiques et environnementales. C’est donc

tout un système de valeur qui doit être remis en question lorsque le développement

durable est pris en main par les institutions, les experts, les concepteurs, etc... Or il

s’avère qu’en matière d’études urbaines peu de concepteurs ont réellement remis en

question leur système de valeur et que bien souvent le développement durable était une

façade employée pour légitimer des travaux. Il semblerait donc qu’une fois de plus la

pluridisciplinarité impliquée par les problèmes complexes de notre époque ait fait peur

et que peu de professionnels se sont réellement emparés de la problématique ou n’ont

fait que la survoler. Cependant des initiatives de capitalisation et de mise en commun des

savoirs existent, à l’image du colloque « Le développement urbain durable saisi par les

sciences sociales », et qui afﬁche clairement son but; « C’est cette volonté d’échapper

aussi bien aux travers de la posture surplombante et désabusée, d’une part, et aux pièges

de l’empressement à théoriser le changement et les virtualités positives du développement

urbain durable, d’autre part, qui a guidé les concepteurs du colloque [...] » (BÉAL et al.,

2011).

Des initiatives de démarches pluridisciplinaires, à l’image du colloque précédemment

cité, se multiplient néanmoins. On peut par exemple cité la consultation sur le Grand Paris

lancée à l’initiative de Nicolas Sarkozy, alors Président de la République. Cette initiative

178

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

a pris la forme d’un Groupement d’Intérêt Public (GIP) en 2010, jusqu’à sa fermeture en

2017. Cet atelier était un lieu de rencontre pour professionnels désireux de partager leurs

techniques et savoirs. Ces professionnels avaient déjà pris part à la consultation sur le

Grand Paris de 2008, sous la forme d’équipes pluridisciplinaires. Ainsi, dans (MOLINA,

2012), une de ces équipes, le Groupe Descartes ayant pour mandataire l’architecte ur-

baniste Yves Lion, est citée pour la coopération qu’elle a permis entre climatologues et

urbanistes. Cette collaboration, sous forme d’atelier, a permis aux professions de s’accli-

mater les unes aux autres. Les climatologues ont été un atout pour le Groupe Descartes

car ils ont permis de le « démarquer des équipes concurrentes en afﬁchant une solide ga-

rantie scientiﬁque en matière climatique ». Ainsi, même si une collaboration a eu lieu il

semblerait que la recherche scientiﬁque ne touchant pas immédiatement à l’aménagement

urbain a été une manière pour un groupe de légitimer un projet. En parallèle de ces enjeux

de légitimité, se met en place une véritable concurrence entre professions sur le marché

des études urbaines. De cette manière naissent des rivalités entre Bureaux d’Études, en-

treprises et agences, qui souhaitent rester compétitifs. Ce type de situation met en exergue

le fait que le développement durable n’est pas considéré comme paradigme mais comme

objet que chaque acteur présente sous une facette avantageuse pour son équipe/son en-

treprise/son bureau. Il sert surtout une sorte de légitimation d’un projet, bien souvent

architectural. Comme analysé dans ce qui suit, ce manque d’appropriation du développe-

ment durable semble relever d’un système de valeurs apparemment assez peu perméable

et bien ancré dans certaines professions.

4.3.2 Des systèmes de valeurs difﬁcile à remettre en cause

Le développement durable appelle à la pluridisciplinarité, et cette pluridisciplinarité

demande à chaque profession d’accepter de se voir « interroger sur son rôle et sa fonction

en tant que chercheur et spécialiste » (TRIBOUT,2015). Dans les actes des rencontres

du Réseau activités et métiers de l’architecture et de l’urbanisme (Ramau) des 28 et

29 septembre 2000 (RAMAU,2001), Martin Symes analyse pourquoi ce changement

de paradigme a bien souvent du mal à être mis en place. En effet, dans (RAMAU,

2001), il fait la distinction entre la « science normale » et la « science révolutionnaire ».

La première est celle produisant des résultats dans un paradigme déjà mis en place.

Cependant ces résultats peuvent ne pas être acceptables au regard de l’évolution de la

société et de ses besoins. Intervient alors la nécessité de changer de paradigme pour

que la méthode scientiﬁque permette de répondre aux besoins réels. Ce changement est

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 179

amené par la science révolutionnaire, celle qui veut faire changer le paradigme. Les

« scientiﬁques révolutionnaires » ﬁnissent par prouver aux « scientiﬁques normaux » en

quoi le changement de paradigme est essentiel. Cependant, Martin Symes analyse aussi

que ce type de changement, de révolution, est tout à fait normal en sciences mais moins en

architecture, qui ne regroupent pas que des techniciens et scientiﬁques. Ainsi il souligne

le besoin des architectes de se faire aider par des ingénieurs; « les architectes n’ont

peut-être pas assez de compétence en matière technique pour répondre sans l’appui des

ingénieurs ». Cependant, dans les projets la parole semble encore trop monopolisée par

quelques professions (DURANEL,2020), et cette parole apparaît comme représentative

de systèmes de valeurs ayant ﬁnalement peu évolués. Il est proposé, à travers (DURANEL,

2020), de continuer l’étude du rôle des architectes dans un projet d’ampleur comme celui

de l’Atelier International du Grand Paris.

Il a été vu précédemment que cet atelier était divisé en groupes qui avaient pour man-

dataires des architectes. Si ce rôle leur a été donné c’est car cette profession, de par sa

formation et son expérience, est vue comme étant la plus compétente pour synthétiser un

projet. Or, dans (DURANEL,2020), la réalité semble bien plus nuancée. Effectivement,

grâce à des entretiens menés avec un nombre important d’individus, représentant un large

éventail de professions et travaillant dans différents groupes de l’AIGP, il ressort que

le rôle de mandataire accordé aux architectes a signiﬁcativement affaibli la démarche

pluridisciplinaire. (DURANEL,2020) identiﬁe trois types d’affaiblissement. Un premier

causé par la surreprésentation de la parole de l’architecte. En effet, les architectes man-

dataires prenaient systématiquement la parole car, ceux-ci étant connus du grand public,

leur audience était assurée. Cela garantissait une visibilité aux travaux réalisés par leurs

groupes, mais il s’avère que cette situation a contribué à renforcer l’image de « chef »

des architectes alors même que d’autres professions avaient autant œuvré, voire plus sur

certaines problématiques. Le deuxième affaiblissement provient du fait que dans leur

travail de synthèse les architectes parviennent toujours à imposer leur vocabulaire lors des

restitutions. Ceci résulte de l’affrontement entre un monde technique, utilisant des mots

pour leurs déﬁnitions propres, et un monde moins technique, celui des architectes, où les

mots sont employés pour les images qu’ils évoquent. Enﬁn, le troisième affaiblissement,

conséquence directe du deuxième, provient de la prédominance de la représentation vi-

suelle dans les restitutions. Ce type de restitutions dans lesquelles l’image porte le projet,

est propre à l’architecture et à l’urbanisme. Ces productions visuelles, « démontrent la ca-

180

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

pacité [de ceux qui les produisent] à être dans l’action » (DURANEL,2020). Néanmoins,

cette posture continue d’occulter le travail de ceux qui ne sont ni urbanistes, ni architectes.

À la lumière de ce qui vient d’être analysé, il apparaît que les acteurs de l’aménagement

urbain échouent constamment à s’approprier le développement durable en tant que

paradigme. En effet, en plus des conﬂits entre corps de métier qui existaient déjà dans les

études urbaines, viennent s’ajouter des systèmes de valeurs rigides et peu perméables.

Cette faible propension à la collaboration semble avant tout émaner des métiers de

l’urbanisme. Ainsi, dans (RAMAU,2001), Martin Symes souligne l’utilité des guides

techniques conçus par les ingénieurs et à l’attention des architectes et urbanistes. Ces

guides permettent de réduire les choix en matière de conception en se basant sur des

critères environnementaux élaborés par des scientiﬁques. De cette façon les décisions

architecturales, qui avant pouvaient essentiellement relevées du goût des architectes

et concepteurs, sont fortement inﬂuencées. Symes cite les guides mis en place par le

Building Research Establishment, l’équivalent au Royaume-Uni du Centre Scientiﬁque

et Technique du Bâtiment (CSTB). Ces guides concernent la conception, Energy Assess-

ment Method (Bream), les émissions en CO2, Green Guide to Speciﬁcation, ou encore la

consommation énergétique, Environmental Design Guide.

Finalement, il a été vu comment l’arrivée d’un nouveau paradigme, le développement

durable, peut être problématique à différents niveaux. Tout d’abord au niveau de l’ap-

propriation du sujet. Il a été analysé comment le développement durable souffre d’une

subjectivité qui n’a pas lieu d’être. Alors que celui-ci devrait-être envisagé comme un

cadre commun à toutes les professions des études urbaines, une référence, chaque profes-

sion semble se l’approprier avec sa propre déﬁnition et son système de valeurs. Ensuite,

au niveau du développement du projet. En effet, comme chaque profession possède sa

propre vision du développement durable, cela accentue le cloisonnement auparavant ob-

servé entre les professions. La multiplicité des déﬁnitions qui se retrouvent parmi les

acteurs de l’aménagement rend la démarche pluridisciplinaire encore plus difﬁcile. Enﬁn,

il a été vu comment lors d’un projet un certain type de parole garde une prédominance

sur les autres. Cette hiérarchie découle de systèmes de valeurs rigides et peu perméables,

propres à des professions n’acceptant que faiblement d’avoir leurs habitudes remises en

question.

Toutes ces observations mènent à conclure que la démarche pluridisciplinaire telle qu’elle

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 181

existe aujourd’hui freine les projets d’aménagement durable. La question est alors de sa-

voir s’il est possible de trouver une stratégie permettant une meilleure collaboration.

4.3.3 L’exemple de la démarche EMC2B au sein AREP

Ce qui ressort des parties précédentes est que le développement durable ne peut être en

tant que tel une stratégie, au mieux il peut être utilisé comme méthodologie (RAMAU,

2001). Les ingénieurs et chercheurs ont su se saisir de cette problématique et ont alors

élaboré des guides de performance environnementale à l’attention des concepteurs,

comme par exemple le Bream du Building Research Establishment au Royaume-Uni, ou

avec le Centre Scientiﬁque et Technique du Bâtiment en France, CSTB. Des initiatives

méthodologiques sont également menées dans certaines entreprises, à l’image de la

démarche énergie, matière, climat, carbone et biodiversité (EMC2B) mise en place à

partir de 2018 à AREP.

EMC2B est donc l’acronyme des cing enjeux identiﬁés par AREP en matière d’empreinte

environnementale des projets que la société réalise. Lorsqu’un projet est étudié au sein

d’AREP, celui-ci se doit d’être évalué selon ces cinq enjeux. Le but est d’obtenir à la ﬁn

un projet répondant de manière optimale aux cinq enjeux. Ces évaluations sont menées

par l’ensemble des acteurs prenant part au projet. Il s’agit donc d’une démarche que

l’on nommerait « transversale » dans le sens où toutes les professions sont amenées

à se poser les mêmes questions, et repondent à un but commun; limiter l’empreinte

environnementale du projet. Il s’agit donc d’une démarche d’éco-conception. Cette

réﬂexion, à laquelle prennent part les entités d’AREP, est également un moyen de faire

monter en compétence les employés sur des problématiques liées au développement

durable. Cette montée en compétence se fait à l’aide d’outils. Par exemple, un outil de

calcul des émissions de CO2 d’un projet a été développé. L’outil a permis aux personnes

impliquées dans sa production et son utilisation de s’approprier un thème important de

volet environnemental du développement durable ; les émissions de C02.

La mise en place d’une référence commune à des équipes travaillant sur un même projet

peut être une manière d’encourager la démarche pluridisciplinaire, mais également de

déﬁnir un cadre bien précis pour éviter les écarts d’interprétation de la notion qu’est

le développement durable. Cependant, cet exemple interroge pour plusieurs raisons. La

182

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

première concerne le contenu. Effectivement, comme décrit précédemment EMC2B

ne représente qu’un seul et unique volet du développement durable. Il s’agit du volet

environnemental. Ainsi, cette démarche ne peut sufﬁre à elle seule à donner une déﬁnition

complète du développement durable. Elle échoue donc à imposer le développement

durable comme paradigme aux équipes impliquées dans un projet. La deuxième question

qu’il est légitime de se poser concerne le but d’une telle démarche. Il est en effet néces-

saire de voir quels sont les effets de la démarche sur la réalisation concrète des projets.

C’est à dire, si une telle démarche peut faciliter le passage à la phase opérationnelle

d’un projet. Dans (HERGOTT,2021), la direction environnement numérique d’AREP

informe que EMC2B a par exemple permis, en demandant à une des équipes spécialisées

en modélisation, L’hypercube, de mieux prévoir les effets des canicules plus fréquentes

et plus longues sur un bâtiment en projet. Les résultats des modélisations ont permis

de déterminer que l’édiﬁce nécessiterait plus d’occultations pour mitiger les effets des

canicules. Il s’agit maintenant de savoir si lors de la construction des critères seront ﬁxés

pour respecter la démarche EMC2B. Y aura-t-il une obligation d’utiliser un certain taux

de matériaux bio-sourcés? Lors de la construction, quelle superﬁcie d’espaces naturels

seront sacriﬁés? En ce qui concerne le volet social, non abordé par la démarche EMC2B,

il serait légitime de se demander si les entreprises réalisant les travaux auront l’obligation

d’embaucher un certain nombre de travailleurs en résinsertion sociale. Ces quelques

questions concernant la phase opérationnelle du projet semblent difﬁcilement abordables

avec la démarche EMC2B. Pourtant elles sont essentielles pour qu’une démarche qui

se veut repsectueuse des principes du développement durable puisse effectivement

l’être d’un bout à l’autre d’un projet. Autrement dit, une telle démarche ne semble pas

permettre d’aborder la ﬁnalité d’un projet.

Finalement, il est également intéressant de souligner le fait que la stratégie EMC2B, du

fait de son application, peut entrainer une standardisation des réponses apportées par les

concepteurs. En effet, en ﬁxant « une manière de faire », le risque est de voir une démarche

générale s’appliquer à tous les projets, alors que le développement durable appelle jus-

tement à adapter les réponses en fonction des projets. Le risque est alors d’oublier les

spéciﬁcités du projet dans la réﬂexion quant à sa durabilité. Cette position des concep-

teurs vis à vis du développement durable semble être observée à une plus grande échelle,

comme analysée dans (TRIBOUT,2015).

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 183

4.3.4 La recherche appliquée au service de la conception

Quelques entretiens ont été menés avec les membres du bureau d’étude en recherche ap-

pliquée, permanents et stagiaires, dans lequel j’ai effectué mon stage, L’hypercube. Ce

bureau, à l’image de l’entreprise AREP, est pluridisicplinaire. Il regroupe un petit nombre

d’ingenieurs, doctorants et architectes-ingénieurs. Ces entretiens avaient pour but de com-

prendre comment les employés voient leur travail à travers le prisme de la démarche plu-

ridisciplinaire. La ﬁche ayant servi à diriger les entretiens est visible en annexe de ce

mémoire. Lors de la restitution de leurs propos, un code avec des prénoms est utilisé. Les

faux prénoms ont leurs initiales correspondant aux initiales des métiers. Ainsi;

— un prénom commençant par S- correspond à un ou une stagiaire;

— un prénom composé du type Alice-Ingrid correspond à un ou une architete-

ingénieur;

— un prénom composé du type Ingmar-Carl correspond à un ou une ingénieur-

chercheur.

Tout d’abord en ce qui concerne la démarche EMC2B, il apparaît que tous les individus

interrogés ont connaissance des objectifs qu’elle représente. Alice-Ingrid est d’ailleurs

référente climat de la démarche EMC2B au sein d’AREP. Ce rôle correspond à 10%

de son temps de charge. Il consiste à faire de la veille scientiﬁque, créer des contenus

techniques de type article ou vidéos, et de « piloter des projets EMC2B ». Étant donné

que L’hypercube est la cellule modélisation et recherche d’AREP, il s’avère que c’est

souvent vers ce bureau qu’AREP se tourne pour répondre aux questions attenantes à la

démarche EMC2B. Effectivement, L’hypercube est spécialisé en thermique du bâtiment,

confort thermique et aéraulique. Ainsi, c’est grâce aux modèles développés et aux

simulations effectuées qu’il est possible d’étudier des variantes d’un projet, et d’évaluer

laquelle serait la plus vertueuse au regard de la démarche EMC2B. Il s’agit donc pour

L’hypercube d’offrir une expertise aux autres entités d’AREP. Cette position d’expert

semble être bien exploitée mais peu mise à proﬁt lors de collaborations. Comme souligné

par Ingmar-Carlson « les vraies synergies sont rares, il s’agit plus souvent de travail

commun, où le travail de l’un sert de donnée d’entrée au suivant ». Ce dernier souligne

également, et déplore, le fait que trop souvent les experts sont convoqués après coup pour

justiﬁer ou « apppuyer un point de vue, celui du concepteur, plutôt que de le développer

avec lui ». Un autre employé, Ivan-Cambridge, insiste sur le fait qu’il est « sollicité quand

le projet est quasi construit. Au lieu de proposer des solutions de fond, on se contente de

184

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

faire des préconisations « palliatives » ». Pour André-Igor, il y a une impression d’être

« un fournisseur de chiffres ». De plus, pour Ingmar-Carlson et André-Igor, même lorsque

les experts sont consultés assez tôt dans un projet, l’organisation hiérarchique souvent

verticale ne permet pas une bonne collaboration. Ainsi André-Igor souligne que cette

organisation implique « une communication montante/ascendante » qui ne permet pas

aux experts d’être impliqués, ou s’ils le sont « ne sont pas écoutés ».

Lors de son stage, Stéphanie a été amenée à collaborer avec trois entités différentes

d’AREP; SIG, voiries et réseaux divers (VRD), ainsi que l’environnement. Elle souligne

les différences de visions du projet entre les entités. Ainsi les services SIG et envi-

ronnement étaient capables de formuler des avis techniques et des demandes quant au

développement de l’outil développé pendant le stage de Stéphanie. Alors que le service

VRD, plus proche des maîtres d’ouvrages, voulait immédiatement la ﬁnalité de l’outil

et ne s’intéressait que peu à la démarche de recherche. « Ils souhaitaient avoir un outil

de discussion avec des concluions claires. Il y avait une dichotomie entre recherche et

pratique de terrain. ». De plus, il est intéressant de noter que Stéphanie souligne que

« nos objectifs et nos formations étaient très similaires, il y a donc bien eu une synergie

entre nous lors des réunions ». Les similitudes en formations, desquelles découlent des

habitudes de travail apparaissent inévitablement comme catalyseurs des échanges inter-

professionnels. Les collaborations évoquées avec les employés de L’hypercube montrent

deux mondes parallèles. Effectivement, le fait que des équipes travaillent sur le même

sujet ne les empêchent pas d’avoir des objectifs différents. Ainsi, alors que certaines sont

orientées vers la recherche et ont une démarche scientiﬁque, d’autres pensent d’abord

à l’opérabilité avant d’imaginer une démarche. Au lieu de voir ces positions comme

antagonistes, il pourrait être constructif de les voir comme complémentaires. En effet,

si ces mondes sont parallèles ils peuvent très bien avancer ensemble. Ainsi, comme

le souligne Ingmar-Carlson, il serait judicieux que « Dès les premières phases les «

spécialistes » soient intégrés dans la conception, plutôt que de se retrouver à faire du «

palliatif après-coup » ». De même, Ivan-Cambridge souligne qu’ « au lieu de proposer

des solutions de fond, on se contente de faire des préconisations « palliatives ». » Il est

intéressant de noter que le terme « palliatif » est utilisé par différentes personnes pour

décrire leur travail. Cela signiﬁe que le manque de communication lors de projet amène

certaines personnes à voir leur travail comme une réponse incomplète et provisoire aux

problèmes posés. Cette dépréciation existe chez toutes les personnes interrogées.

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 185

Le fait que la démarche pluridisciplinaire se réduise à une légitimation d’un projet

ﬁni par un travail d’expertise scientiﬁque, entraine donc l’impression d’un manque de

considération chez les experts. Cette situation peut également entrainer une dépréciation

de l’expertise par d’autres employés, non mobilisés sur le projet en question et non

experts. Ainsi, lors d’une rencontre informelle avec un collègue, celui-ci évoque la lecture

qu’a fait un des ses collègues urbaniste-géographe (nommé Ursule-George dans la suite)

d’une réponse à appel d’offre. Celle-ci concernait l’aménagement en mobilier urbain d’un

quartier où se tiendront les jeux olympiques 2024. Le but était l’aménagement de la place

principale, qui avait déjà été conçue. Il a été demandé à L’hypercube d’abord d’étudier

le climat urbain de cette place, puis de proposer en conséquence un mobilier assurant

le confort au vent et thermique. La place étudiée étant très minérale, il apparaissait

évident que le mobilier urbain devait allier ombrage et végétation. C’est donc ce qui a

été proposé. À la lecture de la réponse à appel d’offre, Ursule-George a donc conclu

que « L’hypercube est là pour montrer avec des simulations compliquées qu’il fait frais

quand il y a de l’ombre, du vent et de la végétation ». Autrement dit, le travail d’expertise

n’avait pas été considéré à sa juste valeur car il a été utilisé pour démontrer du bon sens.

Ce projet pourrait être considéré comme l’archétype d’une démarche pluridisciplinaire

non fructueuse. D’une part car les experts ont été utilisés ponctuellement sans possibilité

de remise en question du projet. D’autre part car la production ﬁnale a entrainé une

véritable dépréciation du travail d’expertise.

Finalement ces entretiens révèlent les problématiques identiﬁées dans les parties précé-

dentes de ce mémoire. Tout d’abord en ce qui concerne la démarche pluridisciplinaire, il

apparaît que la notion de complémentarité des savoirs semble très ﬂoue pour les concep-

teurs. Trop souvent encore, l’expert est simplement consulté, au lieu de lui donner une

place à part entière sur l’ensemble d’un projet. Les hierarchies verticales semblent peu

pertinentes pour encadrer de telles démarches. En effet, ce type de hiérarchie impliquent

une « communication montante/ascendante » pour reprendre l’expression d’un expert. Et

ce type de communication implique un travail de synthèse des productions à chaque étape

de la chaîne de communication, entraînant bien souvent une perte d’informations. Il est

intéressant de noter que pour l’ensemble des personnes interrogées, ce ne sont pas les ou-

tils qui manquent pour développer le travail pluridisciplinaire. En effet comme souligné

par André-Igor « les outils nous les avons, il manque surtout de la communiation entre

186

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

les urba et les experts (ce qui est une forme d’outil ..). Les experts doivent être impliqués

dans le processus de conception, cela devrait s’ancrer dans la culture ». Enuite en ce qui

concerne le développement durable, il apparaît très clairement que son appropriation en

tant que paradigme n’est pas acquise. Elle tente néanmoins de déﬁnir un cadre mais qui

n’est pas nécessairement respecté. Comme indiqué par Ivan-Cambridge « , la stratégie

EMC2B est conditionnée au bon vouloir du client s’il décide de réaliser telle ou telle

étude en lien avec le sujet. Ce n’est pas toujours le cas ». Le caractère « optionnel » de

cette démarche en fait ﬁnalement une étiquette, relayant une fois de plus le développe-

ment durable à un argument de vente. Enﬁn, ce qui ressort des entretiens est qu’il existe

bel et bien une importante porosité entre les différents domaines d’études. Bien que celle-

ci ne soit pas nécessairement bien exploitée par les concepteurs, comme analysé dans la

partie précédente, elle laisse entrevoir un espoir pour la démarche de conception pluridis-

ciplinaire au service du développement durable.

4.4 Des outils au service de la pluridisciplinarité?

Pour clore ce mémoire, il convient de s’interroger sur le travail effectué lors du stage

à la lumière des analyses qui précèdent. Le « thème » de ce stage était le phénomène

d’îlot de chaleur urbain. Le climat des villes, au fur et à mesure que la recherche avance,

est de mieux en mieux compris et sa modélisation devient de plus en plus précise. Les

concepteurs doivent donc s’approprier cette problématique, dans le meilleur des cas avec

les clés de compréhension apportées par le développement durable. La modélisation et la

simulation ne sont pas des tâches aisées et relèvent d’une expertise en mathématiques,

physiques et outils numériques. Ainsi, bien que la littérature scientiﬁque à ce sujet

soit foisonnante, elle n’est pas nécessairement à la portée de tout le monde. Il devient

donc nécessaire, et urgent, de mettre en place des outils simples à prendre en main et

produisant des résultats facilement exploitables. Le but étant que le plus grand nombre

d’acteurs impliqués dans l’aménagement urbain puisse comprendre ce phénomène et

qu’architectes, ingénieurs et maîtres d’ouvrages aient une base de discussion commune.

4.4.1 Score ICU d’E6 Consulting

Le cabinet E6 Consulting est un cabinet de conseil en projets urbains et a pour but d’ac-

compagner les entreprises et collectivités dans la transition énergétique. Conscient de

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 187

l’enjeu que représente la mitigation du phénomène d’îlot de chaleur urbain (ICU), il a

décidé de développer un outil, Score ICU. Cet outil a été pensé pour aborder simplement

l’ICU lors de l’accompagnement de collectivités dans la réalisation de « projets macro et

micro » 4. Il permet de comparer des variantes de projets entre elles, ainsi qu’une situation

existante avec une situation projet. Les résultats produits doivent être une base de discus-

sion entre ingénieurs, architectes et maître d’ouvrage. Les résultats se présentent sous la

forme d’une carte avec un code couleur. Elle permet de visualiser les zones qui auront

tendance à se réchauffer plus facilement. Aucune simulation thermique n’est nécessaire.

Ainsi, les résultats sont produits à partir;

— d’une classiﬁcation de matériaux établie grâce à des critères empiriques obtenus par

photographies thermiques;

— la forme urbaine et les ombres projetées qu’elle implique à 14H, 15H, 16H.

Aucune donnée météorologique n’est prise en compte. Cela constitue la force et la fai-

blesse de l’outil. C’est une force car l’absence de données météorologiques implique

qu’aucune simulation n’est requise, cela rend l’outil également accessible à tous. C’est

une faiblesse car le Score ICU ne fait aucune distinction entre les climats. Il est tout à fait

probable, même certain, que pour une forme urbaine donnée, le phénomène d’ICU n’aura

pas le même effet en climat aride qu’en climat tempéré. La ﬁgure 7.2 présente un type de

résultats fournis par Score ICU :

4. http://www.e6-consulting.fr/ilots-de-chaleur-urbains-outil-score-icu/

188

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

FIGURE 7.2 – Exemple de résultats fournis par Score ICU, à gauche une situation exis-

tante (score de 0.764), à droite une situation projet (score de 0.693)

Les limites de cet outil sont multiples. Dans un premier temps il est important de souli-

gner que l’outil ne traduit aucun phénomène physique, le piégeage radiatif, les facteurs de

forme, le climat local, les ﬂux de chaleur anthropique ainsi que l’évapotranspiration des

plantes ne sont pas pris en compte. Malgré ces lacunes, il est pertinent de noter que depuis

sa création en 2017, l’outil est de plus en plus plébiscité. Ainsi, d’importantes communes

comme celles de Bordeaux et Niort ont utilisé Score ICU. D’une part les résultats produits

par cet outil sont simples à interpréter et rapides à obtenir. D’autre part l’outil ne traduit

aucun phénomène physique, ce qui est, pour un outil traitant de l’ICU, pour le moins

questionnant. Le fait que simplicité et rapidité priment sur rigueur scientiﬁque traduit

l’urgence dans laquelle se situent les concepteurs. Cependant, même E6 Consulting

afﬁrme que « l’outil n’a pas la prétention de se substituer à des modélisations du phéno-

mène mais il permet de manière simple et rapide, de prendre en compte le phénomène

en comparant le proﬁl ilot de chaleur d’une place, d’une rue, d’un ilot, ou d’un territoire ».

Bien que l’outil ne prétend pas se substituer à des modélisations, son utilisation peut

apparaître comme une substitution à une expertise. En effet, la simplicité d’utilisation de

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 189

cet outil doit être mis en regard de la démarche pluridisciplinaire en conception analysée

dans ce travail. Il a été souligné à quel point la démarche pluridisciplinaire peut être

longue et laborieuse. Cet outil peut donc sembler être une aubaine pour ceux qui avant

faisaient appel à des experts avec lesquels la collaboration ne portait pas toujours ses

fruits. De plus la rapidité d’obtention de résultats donne l’impression de ne pas perdre de

temps à démontrer du bon sens. Sur la ﬁgure 7.2, il apparaît que l’ajout de végétation sur

la place a fait baisser le score ICU. Néanmoins, dans ce cas il n’a pas fallu utiliser de

« simulations compliquées », pour reprendre les termes d’Ursule-George rapportés plus

haut, aﬁn de démontrer le bon-sens. Ce qui est rassurant est donc de ne pas avoir perdu

de temps à démontrer du bon sens.

Finalement, il apparaît que l’outil d’E6 Consulting, grâce à sa simplicité et sa rapidité

d’utilisation, permet l’obtention d’une base de discussion commune entre acteurs de la

conception. Néanmoins, les cas d’applications de cet outil montrent qu’il sert à faire du

« palliatif après-coup », pour reprendre les termes d’Ingmar-Carlson. C’est donc un outil

qui aide à « améliorer » des paysages urbains déjà présents. Il est donc légitime de se

demander s’il est possible d’imaginer un outil qui soit aussi simple d’utilisation, mais qui

ne mette pas de côté les experts et qui ait des fondements scientiﬁques plus rigoureux.

4.4.2 L’outil développé pendant le stage

Si une échelle de simplicité d’utilisation était construite, allant de 0 à 5 (5 étant le plus

simple à utiliser), Score ICU aurait 5 et l’outil développé pendant ce stage obtiendrait la

note de 0. Effectivement, les bases mathématiques et physiques utilisées pour développer

l’outil sont bien plus complexes à comprendre que la classiﬁcation de matériaux selon

leurs propriétés physiques utilisée pour Score ICU. Ensuite, l’outil a été entièrement

développé grâce à un language de programmation qui n’est que très peu, voire pas du

tout, utilisé par les professions issues de formations non-ingénieures. Ainsi, si l’outil

était destiné à être pris en main par des « non-experts », il y aurait tout un travail de

formation à effectuer. Cependant, cela demande du temps, chose qui est déjà rare pour

les concepteurs.

De plus, si cet outil ne devait être utilisé que par les experts, sa mise en application

prendrait également du temps. En effet, étant donné que l’outil a pour ambition d’être le

plus précis possible en matière de modélisation thermique de l’espace urbain, il fait appel

à des simulations complètes. Ainsi, même si les experts maîtrisaient parfaitement l’outil,

190

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

il resterait un temps incompressible de simulation.

Cependant, il faut noter que le travail effectué pendant ce stage n’avait pas vocation à

être exploité par des employés externes à L’hypercube. Le problème soulevé ici est que

si jamais des personnes externes à L’hypercube voulaient s’approprier l’outil, cela ne

serait pas possible en l’état actuel des choses. Or cela pourrait être intéressant puisqu’il

a été montré que les concepteurs s’emparent de plus en plus des problématiques liées

au phénomène d’ICU. L’outil pourrait éventuellement être simpliﬁé pour qu’il soit pris

en main par une diversité d’acteurs. Cette simpliﬁcation nécessiterait évidemment un

temps de travail conséquent. De plus, elle devrait se réaliser avec des employés externes

à L’hypercube pour que des objectifs soient clairement déﬁnis.

Une question émerge à la ﬁn de ce stage; aurait-il été utile de joindre d’autres professions

(architectes, géographes...) à une réﬂexion sur cet outil dès le début?

Fondamentalement, non. En effet, comme précisé plus haut et comme il est observable au

début de ce document, l’essentiel du développement de l’outil repose sur des théorèmes

physiques et mathématiques qui ne se prêtent pas à la discussion. De plus, l’outil a été

programmé dans un language bien précis qui, s’il n’est pas maîtrisé par l’interlocuteur,

ne peut donner lieu à des réﬂexions constructives. Cependant, si la ﬁnalité de l’outil avait

été d’être exploité par d’autres département d’AREP, il aurait été intéressant d’inclure ces

départements à différents stades de la réﬂexion. En effet, si la ﬁnalité était une diffusion

plus large au niveau de l’entreprise, la déﬁnition des objectifs et d’un cahier des charges

aurait pu être utile lors du développement de l’outil. Encore une fois, sur le fond et les

bases méthodologiques, la collaboration n’aurait pas aidé. Finalement, la développement

d’un outil moins précis, faisant appel à moins de mathématiques et de physiques pourrait

être l’occasion d’une riche collaboration. C’est l’exemple qui est étudié dans la partie

ﬁnale de ce travail.

4.4.3 « L’entre-deux »

Un autre stage avait cours pendant que j’effectuais le miens. Les experts d’AREP formés

à l’utilisation de Score ICU et conscients de ses limites ont voulu développer leur propre

outil. Cet outil devait être plus précis que Score ICU d’E6 Consulting, et en même temps

plus simple d’utilisation que celui présenté au début de ce document. Les départements

Voiries et Réseaux Divers (VRD), Environnement et Système d’Information Géogra-

phique (SIG) ont été impliqués dans le développement de cet outil. Ils ont notamment

Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 191

été consulté pour déﬁnir leurs besoins ainsi pour que comprendre quelles étaient leurs

attentes.

Pour être plus précis que Score ICU, l’outil développé prend en compte la typologie

urbaine ainsi que le climat local. Un travail important de re-classiﬁcation des matériaux,

basé sur des critères issus de simulations thermiques dynamiques (donc non essentielle-

ment empiriques), a également été mené. L’outil s’exploitait ﬁnalement sur le logiciel

QGIS, déjà largement utilisé par d’autres entités d’AREP. Son utilisation s’en voit donc

immédiatement simpliﬁée. Lors des réunions avec les différents départements, chacun

a soulevé des interrogations propres à son fonctionnement. Ainsi le département SIG

s’inquiétait avant tout de la facilité d’utilisation de l’outil et de son appropriation par

ses agents. Le département VRD, plus proche des MOA, s’interrogeait sur l’utilité d’un

tel outil lorsque Score ICU existe déjà. Bien que des réticences aient été exprimées,

l’ensemble des départements a participé à l’élaboration de l’outil dans la mesure où

chacun a réussi à déﬁnir ses objectifs. Ces objectifs ont été l’équivalent d’un cahier

des charges qui a permis le développement de l’outil. La démarche développée lors de

l’élaboration de l’outil semble donc avoir conduit à une collaboration constructive entre

les différentes professions. Néanmoins, il est intéressant de souligner que la collaboration

s’est essentiellement effectuée autour de l’exploitation de l’outil et de ses résultats,

mais peu autour des fondements scientiﬁques. Ainsi, peu de discussions ont porté sur la

pertinence de tel ou tel modèle pour évaluer l’effet d’ICU ou encore sur la pertinence de

l’absence de données météorologiques. Ces réﬂexions étaient effectivement laissées à

l’appréciation des experts.

4.4.4 Conclusions

Les trois exemples d’outils permettant l’analyse du phénomène d’ICU présentés précé-

demment dévoilent trois manières d’envisager la pluridisciplinarité en urbanisme. Ces

outils concernent un phénomène physique, nécessitant une certaine culture scientiﬁque

pour être bien compris. Ainsi, le but de tels outils est qu’en l’absence de bagage scien-

tiﬁque, un individu puisse appréhender le phénomène d’ICU et qu’il comprenne quelles

réponses sa profession peut apporter pour en mitiger les effets. Les outils doivent donc ap-

porter des clefs de compréhension à divers acteurs aux rôles différents. Le premier outil,

aux fondements scientiﬁques très fragiles, a le mérite de fournir des résultats facilement

192

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

exploitables. Ceux-ci servent de base aux discussions préliminaires d’un projet. En s’ins-

crivant au début du projet, l’outil permet donc de s’assurer que tous les acteurs partent

avec la même compréhension des enjeux. L’inconvénient est qu’il ne permet peut-être pas

aux acteurs de comprendre le fonctionnement du phénomène d’ICU. Enﬁn, il faut souli-

gner que cet outil est un produit proposé par un cabinet de conseil. Ainsi, les concepteurs

qui l’acquièrent n’ont aucune inﬂuence sur son fonctionnement. Il est envisageable que

cette rigidité puisse freiner certains concepteurs qui ont déjà une expérience en la matière

et désireraient un outil plus maléable, pour le faire correspondre avec les démarches déjà

acquises. Néanmoins, pour des concepteurs novices sur le sujet de l’ICU, cette rigidité

rime avec facilité d’appropriation.

Le dernier outil, évolution du premier, cherche a être plus rigoureux sur les principes

scientiﬁques permettant la compréhension du climat urbain. Tout comme l’outil d’E6

Consulting, il livre des résultats facilement exploitables. De même, il est destiné à etre

utilisé en amont d’un projet pour fournir des bases de compréhension du phénomènes

d’ICU aux concepteurs. Cependant, il diffère de par sa conception. Effectivement, comme

présenté précédemment, l’outil a été développé en interne par AREP. Ce développement

a permis de « fabriquer » quelque chose correspondant au mieux aux besoins d’AREP.

De plus il a également permis de faire collaborer, pendant la création, différents bureaux

d’AREP. L’outil ne suscite pas seulement la collaboration pluridisciplinaire grâce à ses

résultats, mais il est également le fruit d’une démarche pluridisciplinaire. Il faut espérer

que ce type de démarche de conception, qui ne relève pas uniquement de l’urbanisme,

a permis aux différents acteurs d’AREP d’abord de s’approprier la notion d’ICU, puis

d’apprécier la collaboration qui a permis de cosntruire un outil qui sera utilisé par tout le

monde.

L’outil développé pendant le stage fait ﬁgure d’ovni au regard du peu de collaboration

que sa conception a suscitée. Effectivement, il a été analysé que l’expertise scientiﬁque

qu’il nécessitait ne le rendait pas propice à une collaboration. Néanmoins, tout comme le

dernier outil, il a été développé en interne et présente donc les mêmes avantages sur ce

point. Enﬁn, il faut souligner que le point commun à tous ces outils est que leur résultats

ont pour but de provoquer un débat plurdisciplinaire en amont d’un projet.

4.4.5 Prolongements scientiﬁques

Il est important de noter que l’apport dans la démarche de conception d’un ensemble non

négligeable d’acteurs n’a pas été analysé dans ce travail. Il s’agit des citoyens.

Conclusion 193

En effet, en matière de politiques publiques et surtout dans une démocratie, les « savoirs

citoyens » comptent pour une part importante des savoirs mobilisés. S’il a été montré

comment l’arrivée de nouveaux experts et la considération de nouvelles professions dans

le champ de l’urbanisme ont bouleversé la manière d’aménager, il s’avère que les citoyens

ont aussi le pouvoir de modiﬁer les réﬂexions. Les habitants détiennent effectivement des

savoirs d’usage qui ne peuvent qu’enrichir les discussions autour des projets qui modiﬁent

leur cadre de vie. Cependant, comme analysé dans (NEZ,2012), les habitants n’apportent

pas que des savoirs d’usages. Effectivement, en s’organisant en associations ou en comités

de quartiers, les citoyens peuvent également mobiliser des expertises techniques ainsi que

des savoirs militants. Ces contributions sont cadrées par les acteurs politico-institutionnels

de l’aménagement mais elles permettent néanmoins aux habitants de participer, au lieu

de subir ou d’accepter. Dans (TOZZI,2015) est même analysé comment de nouveaux

types de gouvernances de quartiers peuvent émerger suite à la mobilisation de « savoirs

citoyens ». Finalement il s’avère que cette démocratisation reste rare car des inégalités

sociales dans l’accès aux dispositifs et dans les potentiels de participation des habitants

subsistent (NEZ,2012).

A la lumière de ces lectures il paraîtraît fort intéressant d’analyser comment les acteurs

« traditionnels » de la fabrique urbaine réagissent à ses savoirs. Au vu de la difﬁculté

d’intégration de nouvelles pratiques issues de sciences non nécessairement « urbaines »,

il serait également important de comprendre si des hiérarchies entre systèmes de valeurs

voient le jour. C’est à dire si la considération accordée aux savoirs diffère en fonction de

leurs origines.

5 Conclusion

Dans un premier temps, le développement d’un outil de calcul de facteurs de forme et

de modélisation du phénomène d’îlot de chaleur urbain a été présenté. Cet outil a per-

mis d’améliorer la précision des simulations opérées par L’hypercube et avait donc des

applications concrètes. Au vu de la littérature existante sur le sujet, il semblerait que la

méthode employée et présentée dans le premier chapitre n’avait jamais été implémentée.

Le développement de l’outil constitue donc une nouveauté. Au delà de la précision sup-

plémentaire apportée par cet outil, il apparaît que celui-ci permet de mieux rendre compte

des interactions entre bâtiments, et entre les bâtiments et leur environnement. Néanmoins,

son utilisation rallonge considérablement les temps de calcul lors des simulations. Il est

194

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

donc nécessaire de faire des compromis, comme par exemple ne pas employer l’outil pour

l’obtention des températures radiatives moyennes, mais l’utiliser pour acquérir les tempé-

ratures de surfaces.

Conscient de la difﬁculté inhérente à l’appréhension des théories mathématiques et phy-

siques utilisées pour développer l’outil, il a été proposé d’étudier le lien qui existait entre

ce type « expertise » et la démarche de conception. Effectivement, bien que ce travail pa-

raissent très, voire « trop », technique et éloigné de l’urbanisme, il n’en est rien. L’analyse

proposée a donc permis de comprendre comment la démarche de conception a évolué.

Au départ chasse gardée de quelques professions libérales, elle s’est vu appropriée par

un ensemble d’acteurs politico-institutionnels. L’implication de nouveaux acteurs a alors

permis d’élargir le champ des expertises employées pour la planiﬁcation notamment. Des

conﬂits ont vu le jour entre des acteurs représentant la volonté de l’État de maîtriser le

développement et l’aménagement de son territoire, et des acteurs souhaitant développer

des identités et des savoirs localisés.

Cette diversité de point de vue a entrainé des initiatives fédératrices qui ont favorisé la col-

laboration de différents corps de métiers dans l’aménagement des villes. Les démarches

de conceptions pluridisicplinaires se sont multipliées et institutionnalisées en parallèle des

lois de décentralisation. Ces expériences ont donné naissance à des savoirs territorialisés,

émanant aussi bien de sciences humaines et sociales que de sciences fondamentales.

Cependant, bien que l’ensemble des acteurs se dit prêt à collaborer, tous semblent être

soumis à des systèmes de valeurs rigide. Ainsi, même si dans les faits les démarches

pluridisciplinaires sont devenues une habitude, les fondements idéologiques de certaines

professions sont rarement bousculés. Alors qu’en sciences fondamentales le consensus est

la règle et la remise en question des savoirs son application, peu de concepteurs semblent

être prêts à voir leur méthodologie questionnée.

L’impression est que la pluridisciplinarité est devenue la norme. Les concepteurs af-

ﬁchent ﬁèrement la diversité des proﬁls élaborant les projets; économistes, architectes,

ingénieurs, climatologues. La pluridisciplinarité semble alors légitimer les projets et les

rendre de facto innovants. Or les applications et projets analysés précédemment montrent

que la pluridisciplinarité peut très bien servir de façade à des processus traditionnels. Ce-

pendant les enjeux environnementaux, sociaux et économiques contemporains obligent

à faire un travail de fond. L’aménagement durable ne peut plus être une étiquette afﬁ-

chée pour vendre un projet. De plus, si la pluridisciplinarité est devenue une norme, il

est important qu’elle n’entraîne pas une standardisation. Effectivement, comme analysé

précédemment, le développement durable approprié en tant que paradigme impose des

Conclusion 195

réponses spéciﬁques à chaque situation et ne peut donc souffrir d’une standardisation des

démarches.

La modélisation thermique de l’environnement est elle au service de l’aménagement?

Malheureusement oui, dans la mauvais sens du terme. Les exemples étudiés dans ce tra-

vail ont permis de montrer que bien souvent l’expertise est mise au service de l’amé-

nagement. Conséquence directe de ce qui a été décrit précedemment, le rôle d’expert a

souvent une place ﬂoue et se contente trop souvent de légitimer des projets ﬁnalisés. Les

collaborations interprofessionnelles, bien que nombreuses, sont souvent non fructueuses.

Il faut comprendre l’origine de ces échecs, ce qui a été tenté dans ce travail, aﬁn que les

prochaines initiatives portent leurs fruits et que les potentiels de toutes les professions

soient exploités.

Cette conclusion se terminera sur la remarque suivante. Dans la littérature un mot revient

souvent; innovation. Les projets et démarches d’aujourd’hui semblent avoir pour injonc-

tion d’être « innovants ». Pourquoi innover ? Pour faire mieux que ce qui a été fait jusqu’à

maintenant. Comment innover? En orientant la recherche et les pratiques car l’innovation

se fait en conjuguant recherche et opérationnel. Cependant, au vu de la difﬁculté constatée

jusqu’à maintenant pour faire collaborer différentes professions, imposer que cette colla-

boration soit en plus innovante semble illusoire. Il semble plus important de faire en sorte

que chaque profession exprime pleinement son potentiel. Une démarche plus pragmatique

voudrait donc une approche par la sobriété plutôt que par l’innovation.

196

La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission

des expertises

Calcul des facteurs de forme entre

polygones - Applications à la thermique

urbaine et aux études de confort

Arep et son bureau d’étude en modélisations numériques L’hypercube, dans lequel j’ai

donc travaillé à plusieurs reprise, participent régulièrement à la conférence annuelle de

l’International Building Performance Simulation Association (IBPSA). Lors de la confé-

rence de 2022, L’hypercube a pris l’initiative de présenter le travail réalisé pendant mon

stage de deuxième année de master. En effet, l’outil numérique que j’ai développé per-

met de mieux représenter le phénomène d’îlot de chaleur urbain et s’intègre facilement

au logiciel Energy+ qui est largement utilisé dans le domaine de la simulation thermique

dynamique.

Ces travaux ont donc donné lieu à un article de conférence présenté ci-après, ainsi qu’à

une bibliothèque Python en accès libre, essentiellement basée sur l’outil que j’ai déve-

loppé et accessible à l’adresse suivante : https://pypi.org/project/pyviewfactor/.

Conférence IBPSA France – Châlons en Champagne – 2022

- 1 -

Calcul des facteurs de forme entre polygones – Application à la thermique

urbaine et aux études de confort

Mateusz Bogdan*1, Edouard Walther1, Marc Alecian2, Mina Chapon2

1 AREP L’hypercube,

16, avenue d’Ivry,

75013 PARIS.

*mateusz.bogdan@arep.fr

2 École Normale Supérieure - Paris Saclay,

4, avenue des Sciences,

91190 Gif-sur-Yvette.

RÉSUMÉ. Il est possible d’améliorer la modélisation des échanges radiatifs en thermique du bâtiment et du calcul

de la température radiante pour l’évaluation du confort en utilisant les facteurs de forme de rayonnement. Leur

détermination n’est cependant pas immédiate, notamment concernant les échanges entre un individu et une paroi.

Dans ce travail, une méthode existante de calcul des facteurs de forme est exposée puis validée sur des cas

analytiques. Elle sert ensuite à créer des abaques de facteur de forme entre un individu et différentes parois. Une

application directe de la méthode est présentée, pour le calcul de confort en environnement urbain.

MOTS-CLÉS : facteur de forme, température radiante, python.

ABSTRACT. Accurate View Factor determination is both a key step for Mean Radiant Temperature (MRT)

assessments in the context of comfort studies, and a key point in improving Building Energy Simulation radiative

exchanges modelling. The determination is not straight forward, knowingly between an individual an its

surroundings. This work presents first a numerical procedure for View Factor computations that is validated against

analytical cases. Then some abacuses for an individual to a wall or a ceiling. Finally, an application of the presented

method is shown for comfort estimations in urban studies.

KEYWORDS : View Factor, Radiant Temperature, Python.

1. INTRODUCTION

La prise en compte des facteurs de forme (FF) dans la détermination des échanges radiatifs prend

toute son importance lors d’études thermiques liées aux effets d’îlot de chaleur urbain ou à des études

de confort faisant intervenir des modèles du métabolisme humain et requérant un calcul détaillé de la

température radiante moyenne (désignée dans la littérature anglophone par Mean Radiant Temperature

- MRT). Celle-ci est définie comme la température des parois d’une enceinte qui provoquerait le même

flux radiatif reçu que l’environnement réel. Pour des parois d’émissivité égale, on la calcule comme la

somme des contributions en grande et courte longueur d’onde :

=+



 []

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- 2 -

Où  et  sont respectivement le facteur de forme paroi-individu et la température de paroi et 

est le flux solaire absorbé par l’individu. On se concentrera ici sur les calculs en grande longueur d’onde.

Les modèles actuels de thermique du bâtiment considèrent la température moyenne radiante par des

approches simplifiées, généralement calculée comme une moyenne des températures d’air et de surface

ou comme un barycentre pondéré des surfaces des parois de la zone thermique (EnergyPlus 2020). À

condition de le connaître, il est possible dans certains outils de donner le facteur de forme entre l’individu

et la paroi pour obtenir la MRT. Il s’agit alors de déterminer la forme de l’individu et la valeur du FF

par rapport aux parois. Un état de l’art a été fait dans (Vorre 2015) et présente les méthodes

disponibles (abaques, splines, lancer de rayon) ainsi qu’une méthode de calcul du facteur de forme entre

un individu et une surface.

D’autre part, le développement des capacités de calcul, notamment la possibilité d’intégrer les

facteurs de forme de l’environnement urbain proche dans EnergyPlus (Luo 2020), ou la nécessité de les

calculer lorsqu’on souhaite déterminer le niveau de confort dans un environnement urbain, par exemple

avec l’approche de (Walther 2021) poussent vers le développement d’un outil de calcul numérique des

FF plus aisément accessible. Ainsi, la création d’un code de calcul permettant de déterminer de façon

rapide les FF entre surfaces planes polygonales a été entrepris.

De plus, les abaques disponibles donnant le facteur de forme entre un individu et une paroi sont peu

fournis et ne font pas référence à certaines situations usuellement rencontrées dans le bâtiment. Il y a

ainsi un intérêt à la fois pédagogique et technique pour les bureaux d’études à disposer d’abaques et un

intérêt pratique de pouvoir calculer automatiquement les facteurs de forme dans diverses configurations.

Dans la suite de ce travail, on présente d’abord les fondamentaux du calcul de facteur de forme, puis

une validation versus des solutions analytiques connues. Des abaques de FF individu-paroi sont ensuite

donnés et des applications sont présentées.

2. CALCUL DES FACTEURS DE FORME

L’approche repose sur les travaux de (Mazumder et Ravishankar 2012) et (Schmid 2016), et son

implémentation par (Alecian 2021). Cette approche considère les FF uniquement entre faces planes. Ce

choix est lié au format des géométries numériques, où les surfaces sont systématiquement discrétisées

en sous-surfaces planes. Le calcul repose sur un calcul d’intégrales de contours unitaires, plutôt que

surfaciques, grâce au théorème de Stokes et à un changement de variable. Les singularités inhérentes à

la méthode (e.g. le cas de polygones adjacents partageant un côté) sont traitées à l’aide de formules

analytiques, ou d’approches numériques selon les cas.

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- 3 -

2.1. CAS GENERAL

L’expression la plus générique du facteur de forme entre deux surfaces  et  et donnée par l’Eq.

(1), où  et  représentent les surfaces élémentaires respectives, selon la Figure 1.

Figure 1 - Caractéristiques géométriques des surfaces élémentaires

,= 1

coscos()





(1)

L’utilisation du théorème de Stokes, qui permet de passer d’une intégrale de surface à une intégrale

de contour permet de réduire cette expression à l’Eq. (2)

,= 1

2ln, (2)

L’idée clé de l’approche proposée dans (Mazumder et Ravishankar 2012) et de traiter des paires de

« bords » des surfaces planes, avec un changement de variable (Eq. 3), puis de considérer la

décomposition de la distance entre éléments de contour ,

󰇍



selon l’Eq. (4), se ramenant ainsi à une

intégrale « simple » (logarithme de polynôme), bornée entre 0 et 1 (voir Eq. (5)).

󰇫,

󰇍



=,

󰇍



,

󰇍



=,

󰇍



󰇫,

󰇍



=,

󰇍





,

󰇍



=,

󰇍



(3)

,

󰇍



=

󰇍



+,

󰇍



,

󰇍



(4)

,=

  ,

󰇍



,

󰇍



×󰇣ln 󰇡

,

󰇍



+

,

󰇍



+ 2,

󰇍



,

󰇍



















2

󰇍



,

󰇍



2

󰇍



,

󰇍



+

󰇍



󰇢󰇤 (5)

2.2. TRAITEMENT DES SINGULARITES

Deux types de singularités peuvent apparaître, du fait de la présence d’une part du logarithme (Eq.

(2)), et d’autre part de la décomposition du vecteur élémentaire (Eq. (4)). Ces singularités sont liées à la

présence de côtés partagés entre surfaces, tel que représenté sur la Fig. 2.

(a) (b)

Figure 2 - Singularités géométriques

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- 4 -

Le cas de la Fig. 2(a), où l’intégralité d’un côté est commun, peut être résolue à l’aide d’une formule

analytique issue de (Amrit et Venkateshan 1993), où la contribution du « bord partagé » est remplacée

dans la sommation de l’Eq. (5) par Eq. (6) :

 =

󰇍



3

21

2ln 󰇡

󰇍



󰇢 (6)

Où 

󰇍



 est la longueur du côté partagé.

Pour la seconde singularité (Fig. 2(b)), lorsque seule une fraction du bord est partagée, il est proposé

de séparer « virtuellement » les surfaces d’une distance infinitésimale (10 m), négligeable au vu des

échelles et niveaux de détails requis dans des études urbaines et/ou liées au bâtiment. La pertinence de

cette hypothèse est montrée dans la section suivante, avec une comparaison à une solution analytique.

2.3. REDUCTION DU NOMBRE DE CALCULS A TRAITER

Afin de réduire les temps de calcul lors du traitement d’une géométrie complexe, typiquement une

scène urbaine, trois stratégies différentes sont mises en œuvre :

- Détection a priori de la visibilité entre deux cellules (produit scalaire entre les normales et le

vecteur directeur reliant les centroïdes des cellules), adapté de (Schmid 2016),

- Détection des obstructions entre des cellules à l’aide d’un lancer de rayon, réalisée à l’aide de la

librairie Python PyVista (Sullivan et Kaszynski 2019),

- Enfin, lorsque la finalité de ces développements est liée à des études urbaines, des critères de

distances absolues entre cellules sont mis en œuvre (non développés ici), au-delà desquelles les

FF sont considérés comme négligeable (e.g. lorsque leur valeur est inférieure à 10).

Cette stratégie permet de réduire considérablement les temps de calcul, rendant possible la

détermination des FF pour une scène urbaine complète d’une dizaine de milliers de cellules (Figure 6)

en quelques minutes sur un ordinateur portable avec un langage interprété.

3. VALIDATION

Le code a ensuite été validé sur plusieurs cas analytiques, dont on ne présente qu’une sélection ci-

après. Les formules analytiques sont tirées de (Modest 2003), par souci de concision elles ne sont pas

reproduites ici.

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- 5 -

3.1. DEUX PLAQUES CARREES CO-AXIALES

Figure 3 - FF entre surfaces carrées co-axiales (a) définition géométrique, (b) Comparaison

Analytique vs. Numérique pour H=1m et W2=8m

On constate une très bonne correspondance entre les formules analytiques et le calcul numérique

d’intégration. Les erreurs absolues constatées ne sont significatives que pour /<10, cas qui

n’apparait que de façon anecdotique, et qui est aisément « résolu » lors du travail sur les géométries.

D’autres cas sont présentés ci-après (Figure 4) pour des dimensions probables dans le contexte urbain

d’étude d’ingénierie. Les concordances des résultats numériques versus analytique sont assurées.

Figure 4 - FF entre surfaces carrées co-axiales, (a) comparaison Analytique (A) vs. Numérique (N)

pour H=1m, (b) Abaque adimensionnelle

3.2. DEUX RECTANGLES QUELCONQUES PERPENDICULAIRES

Figure 5 - FF entre surfaces quelconques perpendiculaires, (a) Définition Géométrique, (b)

Comparaison Analytique vs. Numérique pour une configuration.

×10

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- 6 -

Les erreurs absolues restent « constantes », entre 10 et 10, liées par ordre d’importance au

arrondis « géométriques » inhérents aux outils de modélisation et à leur format d’exports, et dans une

moindre mesure aux erreurs d’intégration numériques.

4. ABAQUES POUR LE CALCUL DE TEMPERATURE RADIANTE MOYENNE

On présente ci-après des applications numériques sous formes d’abaques entre un cylindre à base

octogonale représentant un mannequin humain et des parois, horizontales (i.e. un mur) et vertical (i.e.

un plafond). Dans l’ensemble des comparaisons qui suivent, le cylindre a une hauteur = 1,65 m et un

rayon de = 0.23 m (Vorre 2015). Les FF présentés sont calculés depuis la paroi vers le cylindre. Dans

ce cas, on peut utiliser la relation d’additivité des FF  = . En

revanche la relation de réciprocité des FF ne s’applique plus avec la surface globale du cylindre.

L’orientation de l’octogone a une influence marginale sur la valeur du calcul de facteur de forme.

Cas du cylindre versus une paroi verticale

Figure 6 - Abaques Cylindre vs. Mur, H=6m, (a) description géométrique, (b) abaque adimensionnelle

Cas du cylindre versus un plafond (calculs effectués pour = 1.45 m)

Figure 7 - Abaques Cylindre vs. Plafond carré, H=1.45m, (a) description géométrique, (b) abaque

adimensionnelle

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- 7 -

5. EXEMPLE D’APPLICATION A UN CALCUL EN ENVIRONNEMENT URBAIN

Les facteurs de forme calculés ont été intégrés dans le code de simulation thermique dynamique

EnergyPlus appliqué à la simulation des températures de surface extérieure de l’environnement bâti

(Walther 2021). Celle-ci a été réalisée avec et sans facteurs de forme des parois environnantes, auquel

cas une valeur par défaut est prise (il s’agit du coefficient de rayonnement linéarisé, pondéré par un

facteur de forme approché en fonction de l’inclinaison de la paroi, voir le détail p. 87 de (DOE 2020) ).

La Figure 8 (a) illustre le facteur de forme entre une facette de la scène et son environnement. Sur la

Figure 8 (b), on observe la différence de température de surface avec et sans FF, qui varie entre -4.9 et

+4.1 K et est plus marquée pour les surfaces proches des bâtiments.

(a) (b)

Figure 8 : Facteur de forme entre une facette au rez-de-chaussée d'un bâtiment (encadrée en rose)

et les facettes proches (a) et écart de température avec et sans prise en compte des facteurs de

forme à 12h le 31/7 (b).

Dans un second temps, le calcul de la température radiante est réalisé en post-traitement sur la même

scène. Cela a permis de montrer la pertinence de cette approche, avec des variations importantes de

MRT, notamment dans les espaces proches des bâtiments (voir Figure 9 (b)).

(a) (b)

Figure 9 : Facteur de forme entre un individu octogonal et son environnement proche (a) et

température radiante moyenne de l’environnement urbain (b)

6. CONCLUSIONS & PERSPECTIVES

Dans ce travail, une méthode de calcul des facteurs de forme particulièrement adaptée aux surfaces

polygonales est exposée. Celle-ci a été validée sur des cas analytiques et des abaques donnant le facteur

de forme entre un individu cylindrique et différentes configurations de parois ont été produites.

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- 8 -

Les travaux à venir visent à produire des abaques complémentaires permettant de traiter plus de cas

liés aux études urbaines, notamment sur les facteurs de forme entre un individu et une scène urbaine

(sol, parois, ciel). La production automatisée de cartographies de MRT en intérieur est en cours au

moment de rédiger ces travaux (voir l’aperçu ci-dessous).

Figure 10 : Travaux en cours – Production automatisée de cartographies de température radiante en intérieur à

partir des facteurs de forme paroi-individu sur la zone d’occupation (ici la contribution d’un mur vertical)

Le reformatage du code est également prévu afin de publier une librairie Python open-source pour la

diffusion plus large de la méthode. Dans ce cadre, la modification de l’individu sera aisée, afin de

pouvoir prendre en compte d’autres dimensions (hauteur, diamètre, nombre de facettes) ou types de

solides (ovale ou parallélépipède comme dans (Vorre 2015)). Les développements seront disponibles

sur https://gitlab.com/arep-dev.

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Calcul des facteurs de forme entre polygones - Applications à la thermique urbaine et aux

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